隨著氮化鎵功率器件在 PD快充領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，氮化鎵功率器件已經(jīng)成為了消費電子領(lǐng)域的新寵，應(yīng)用范圍也越來越廣。氮化鎵功率器件憑借著自身優(yōu)異的性能和良好的熱特性，被廣泛應(yīng)用于充電器、電源適配器、筆記本電腦、路由器等數(shù)碼產(chǎn)品中。基于氮化鎵功率器件，研發(fā)出的快充電源方案，可以為手機、平板電腦、筆記本電腦等提供更高的充電功率，極大提升充電體驗。本文介紹了一款65W氮化鎵（1A2C） PD快充電源方案，該方案采用功成半導(dǎo)體最新的氮化鎵功率器件:RX65T300HS2A,通過方案的設(shè)計和 PCB板布線實現(xiàn)了更好的電源性能。該方案具有體積小、發(fā)熱量低、支持多協(xié)議快充等優(yōu)勢，非常適合在移動電源領(lǐng)域使用。

概述

氮化鎵（GaN）功率器件，具有體積小、發(fā)熱低、效率高等特點，受到了眾多消費者的歡迎。它憑借著優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、智能手機、平板電腦、無線路由器等數(shù)碼產(chǎn)品中。

功成半導(dǎo)體推出的RX65T300HS2A氮化鎵功率器件，是一款由開關(guān)電源控制器（STC）和高集成功率 MOSFET組成的單芯片解決方案。該方案采用了當前市場上最流行的開關(guān)電源控制器（STC）和高集成功率 MOSFET （RX65T300HS2A），可實現(xiàn)65W大功率輸出，內(nèi)置過壓、過流、過溫保護。該方案采用了“多協(xié)議”設(shè)計，可兼容多個 PD協(xié)議，并支持20V/30A輸出，可滿足多種數(shù)碼產(chǎn)品的充電需求。

方案設(shè)計

整個電源方案是由功率開關(guān)管RX65T300HS2A和同步整流器MK91808H組成，兩個元器件均為氮化鎵功率器件，其中RX65T300HS2A屬于高集成度，集成了控制邏輯，可以實現(xiàn)輸出電壓控制。MK91808H采用的是同步整流的方案，能夠大大降低成本。同步整流器MK91808H的開關(guān)頻率為120 KHz，使用時輸入、輸出端均需要使用電容濾波。本方案中共使用了三顆電容濾波，分別為L電容、 RD電容、U1電容。

電源方案中，輸出端采用了整流電路和降壓電路，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。其中降壓電路將交流電降壓為3.3V后再向充電模塊提供電壓。整流電路采用的是半橋結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

電源原理圖

圖一

電源原理圖如圖1所示，電源的輸入為AC220V，輸出為5V。開關(guān)管采用VbusASDM30N35E，該器件是功率 MOSFET，具有高耐壓、高可靠性等優(yōu)點。

ASDM30N35E內(nèi)部集成了一個降壓斬波電路，該電路由開關(guān)電源芯片MK91808H和兩個輔助電源 IC組成，能夠有效地降低功率 MOSFET的導(dǎo)通電阻，從而降低了電源系統(tǒng)的發(fā)熱量。

開關(guān)管采用的是RX65T300HS2A，這款氮化鎵功率器件采用最新的DFN3X3封裝,具有高可靠性、高功率密度等優(yōu)點。RX65T300HS2A通過外部元件焊接在 PCB板上，電路布局緊湊且容易安裝。RX65T300HS2A具有更大的通態(tài)電阻、更低的導(dǎo)通損耗等優(yōu)點。

PCB板設(shè)計

PCB板是電源設(shè)計的載體， PCB板的好壞直接影響到電源的性能。功成半導(dǎo)體今年推出了一款65W 1A2C快充電源，這款電源采用了雙管正激拓撲結(jié)構(gòu)，由一個降壓變壓器、兩個氮化鎵功率器件和多顆同步整流管組成。

由于雙管正激拓撲結(jié)構(gòu)存在漏感，需要在變壓器與氮化鎵功率器件之間放置一顆同步整流二極管來消除漏感。由于功率器件和同步整流二極管都位于變壓器內(nèi)部，且功率器件工作于開關(guān)模式，需要在變壓器與氮化鎵功率器件之間放置一顆濾波電容。為了防止變壓器產(chǎn)生的熱量直接傳遞給氮化鎵功率器件，需要在變壓器與氮化鎵功率器件之間放置一顆散熱風扇。

在設(shè)計 PCB板時，需要注意以下幾點：

1.電源輸出部分的電源線和地線線之間不能有空氣層；

3.電源線與地線之間的距離要適中，過大或過小都會導(dǎo)致電源發(fā)熱嚴重。

4.電源內(nèi)部的散熱片也需要與電路板保持一定的距離，避免其對電源線產(chǎn)生影響。

方案優(yōu)勢

1、該方案采用功成半導(dǎo)體最新的氮化鎵功率器件，相比上一代產(chǎn)品，體積小、發(fā)熱量低、效率高；

2、方案支持多協(xié)議，支持 QC2.0/3.0、 AFC、 PD3.0等協(xié)議；

3、方案采用二合一開關(guān)電源架構(gòu)，實現(xiàn)多協(xié)議快充；

4、采用單路控制設(shè)計，可最多支持三臺設(shè)備同時快充。

5、方案集成了兩路 PWM控制器，可有效減少外圍電路復(fù)雜度，并降低成本；

6、方案采用的是單路 PWM控制設(shè)計，可在較低功耗下實現(xiàn)大功率輸出；

7、方案采用多層 PCB板設(shè)計，電路板可實現(xiàn)更小的空間占用；

8、方案集成了多顆功率開關(guān)管，大大減小了 PCB板空間占用；

9、方案采用全定制元器件，縮短了設(shè)計時間。

產(chǎn)品優(yōu)勢

1、功率密度高：RX65T300HS2A是最新的氮化鎵功率器件，體積僅有傳統(tǒng)硅基器件的一半，功率密度高達8W/cm2，可以直接安裝在 PCB上，大幅減少 PCB空間占用。

2、性能卓越：RX65T300HS2A是目前市場上性能最優(yōu)異的氮化鎵功率器件，已經(jīng)獲得多項國內(nèi)外的發(fā)明專利。

3、散熱優(yōu)良：RX65T300HS2A內(nèi)部采用了金屬散熱片，并且有高導(dǎo)熱硅膠填充，在同等功率的條件下，能夠顯著降低 PCB的發(fā)熱量。

4、多協(xié)議支持：RX65T300HS2A支持 PD、 QC2.0、 QC3.0、 AFC、 FCP等多個快充協(xié)議，并且具備多種工作模式，可以滿足不同品牌的手機充電需求。

5、性價比高：RX65T300HS2A芯片原廠配套資料齊全，價格優(yōu)惠，量產(chǎn)成本低。

6、生產(chǎn)周期短：RX65T300HS2A芯片是全新設(shè)計的芯片，可實現(xiàn)快速量產(chǎn)。

總結(jié)

本文介紹的65W氮化鎵（1A2C） PD快充電源方案，采用功成半導(dǎo)體最新的氮化鎵功率器件：RX65T300HS2A，該方案是一款集成了內(nèi)置同步整流、自動調(diào)壓和 USB PD快充協(xié)議功能的電源設(shè)計方案。方案采用開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)，并通過集成同步整流控制芯片、降壓和升壓轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)了輸入電壓的靈活控制。該方案支持多協(xié)議快充輸出，具有體積小、發(fā)熱量低等優(yōu)勢，非常適合在移動電源領(lǐng)域使用。

通過對功成半導(dǎo)體65W氮化鎵（1A2C） PD快充電源方案的詳細介紹，讀者可以了解到目前氮化鎵功率器件在移動電源領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。未來隨著技術(shù)的不斷成熟和普及，氮化鎵功率器件在移動電源領(lǐng)域的應(yīng)用會越來越廣泛，產(chǎn)品體驗也會越來越好。

審核編輯黃宇