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西安芯派電子科技有限公司-技術前沿資訊-小體積60W GaN PD DEMO評測
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小體積60W GaN PD DEMO評測

時間:2021/4/6 11:24:29瀏覽次數:900

西安寬禁帶半導體應用研究中心近日發布了60W超小體積 GaN PD適配器DEMO,宣稱該適配器DEMO是目前市面上最小方形結構的PD充電器產品,該產品如果能得到產品化推廣,會給終端客戶攜帶帶來極大的便利。西安功率器件測試應用中心作為第三方機構,帶大家一起來看看西安寬禁帶半導體應用研究中心該款60W PD適配器DEMO性能到底如何。

“西安寬禁帶半導體應用研究中心”是坐落于西安環普高新科技產業園的一家民營高科技研發型企業,該公司致力于新型半導體技術的應用推廣,旨在加速國產SiC、GaN技術的應用進程,推進國內寬禁帶半導體行業的發展,讓國產的寬禁帶功率器件快速在電力電子行業得到普及推廣。從拿到的樣品來看,“西安寬禁帶半導體應用研究中心”該款 PD適配器DEMO確實是目前市場同規格最小體積的方形結構適配器,DEMO裸板長為43mm,寬同樣也是43mm,厚度僅為21mm,對其DEMO板上所有物料進行觀察,發現該板確實如其宣稱的一樣,整個DEMO板上從控制器件、功率器件再到阻容器件,所有物料均出自國內自主品牌,是一顆真真正正的中國芯產品。該適配器DEMO樣板一共由三塊PCB組合而成,分別是高壓輸入端的EMI電路PCB、低壓輸出協議PCB、主控及功率板PCB,樣品外觀如下圖所示。 

適配器DEMO板外觀尺寸

“西安寬禁帶半導體應用研究中心”該款60W GaN PD 適配器的控制芯片來自于西安本土企業“陜西亞成微電子股份有限公司”。“陜西亞成微電子股份有限公司”是國內著名的高功率密度電源芯片供應商,其在全球率先發布了適用于適配器的 GaN 驅動專用芯片RM6801SN,“西安寬禁帶半導體應用研究中心”該款PD 適配器DEMO即采用的是亞成微電子的RM6801SN,RM6801SN是一種低成本針對GaN設計的ZVS驅動器,可直接驅動GaN器件,無需外圍驅動電路,整體電路結構簡單。通過輔助繞組實現的ZVS功能可有效降低功率器件在開通時的開關損耗,提升系統效率,相比目前市面上應用較多的單一的QR控制模式,有極大優勢。 

RM6801SN主控IC外觀圖

RM6801SN ZVS的實現方式是通過VCC繞組電容實現變壓器反向勵磁,產生負向電流,實現主MOS管的結電容放電,從而實現ZVS,該方式較英飛凌通過變壓器專門增加一個繞組的方式實現ZVS的方式電路更加簡單,不需要增加單獨的變壓器繞組;較TI的ACF方式實現ZVS的方式,電路結構大大縮減,成本也較ACT要低的多,因此該芯片非常適合手機、平板等消費類的PD電源使用。

實現ZVS時主開關管VDS波形

該適配器DEMO主功率開關器件來自國內GaN器件龍頭企業“英諾賽科科技有限公司”,型號為INN650D02,INN650D02是一顆經過市場驗證的可靠性極高的GaN器件,內阻僅為200mΩ,其封裝為DFN8*8,是英諾賽科針對PD市場推出的GaN器件。該器件同時還在努比亞65W USB PD氘鋒氮化鎵快速充電器、飛頻65W USB PD氮化鎵充電器、魅族65W氮化鎵充電器、ROCK 65W 2C1A氮化鎵快充充電器等多款PD產品采用。

主功率開關外觀圖

協議IC采用國內高性能模擬和混合集成電路供應商“深圳慧能泰半導體科技有限公司”  的HUSB350,HUSB350通過了PD3.0 PPS認證,支持USB3.0和USBType-C1.2標準,內部集成了恒壓補償環路和橫流補償環路,適用于1C,1C+1A,2C,2C+1A,1C+2A等多種結構,本次DEMO輸出為1C口,從協議測試結果可以看出,該DEMO支持PD3.0、APPLE 5V 2.4A、BC1.2 DCP 5V 1.5A、QC2.0 5V 9V 12V、SAMSUNG AFC 9V、HUAWEI FCP 5V 9V等協議,可對支持相關協議的所有手機及平板電腦進行充電。 

協議測試

該適配器DEMO板上的同步整流MOSFET采用了“西安芯派電子科技有限公司”的 SW069R10VS, SW069R10VS是一顆SGT 工藝的低壓MOSFET ,其內阻為7.1mΩ,耐壓為100V,開關損耗小,導通內阻低,可以有效的提升PD適配器的效率,是芯派科技專門針對PD方向應用推出的一顆SGT低壓MOSFET,其規格參數入下圖所示。

同步整流MOSFET外觀圖

在協議輸出端口,同樣使用了“西安芯派電子科技有限公司”一顆P-MOS,型號為SW15P03,其內阻為10mΩ,該顆MOS在PD市場也得到廣泛的應用,其規格參數如下圖所示。

協議開關SW15P03外觀圖

通過對該DEMO板的測試,發現其滿載最優效率點出現在230V輸入,20V滿載輸出時,其最優效率為94%。滿載最差效率點出現在264V輸入,5V滿載輸出時,效率為89.3%。整個適配器在全電壓輸入、全負載輸出段效率一致性較高,綜合性能極優。

最優效率點測試

通過對”西安寬禁帶半導體應用研究中心“該款 60W GaN 單C口 PD DEMO的測試發現,該被測DEMO綜合性能較優,體積極小,后期該DEMO如進行商業化推廣后,可大大降低了消費者PD快充的體積,提升快充效率,節約電能,使終端客戶獲得極佳的應用體驗,對于該產品的市場化我們翹楚以盼。



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