氮化鎵充電器如何設計?看完這5款拆解秒懂

2021-02-08 充電頭網

展會提醒:2019(秋季) USB PD&Type-C亞洲展

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「GaN」中文名「氮化鎵」,是一種新型半導體材料,它具有禁帶寬度大、熱導率高、耐高溫、抗輻射、耐酸鹼、高強度和高硬度等特性,在早期廣泛運用於新能源汽車、軌道交通、智能電網、半導體照明、新一代移動通信,被譽為第三代半導體材料。隨著技術突破成本得到控制,目前氮化鎵還被廣泛運用到消費類電子等領域,充電器便是其中一項。

採用了GaN氮化鎵元件的充電器最直觀的感受就是體積小、重量輕,在發熱量、效率轉換上相比普通充電器也有更大的優勢,大大的提升了我們的使用體驗。


 
目前市面上已經出現了多家擁有氮化鎵技術的廠商,充電頭網早在今年4月份的香港環球資源移動電子展上,就為大家報導了8款氮化鎵USB PD充電器。不過相對矽功率器件而言,氮化鎵功率器件的應用技術門檻相對較高,業界大部分充電器廠商都還處於剛起步的階段。

氮化鎵充電器究竟應該如何設計?走在技術前沿的廠商已經給出了自己的答案。為推動氮化鎵技術的普及和落地,充電頭網也陸續為大家分享了多款氮化鎵充電器的拆解報告,相信大家看完這些成功的應用案例之後,會對氮化鎵充電器的設計有一個非常深入的了解。


截止目前,充電頭網已經累計拆解了5款採用氮化鎵功率器件的USB PD充電器,它們分別是ANKER PowerPort   Atom PD 1、ANKER PowerPort Atom PD 2、Anker PowerCore Fusion PD、AUKEY 27W USB PD Wall Charger以及RAVPower 45W Ultrathin PD Charger。上面這張表格統計了這些氮化鎵充電器用到的主要元器件,關於產品的詳細拆解報告,可以點擊下面文章中的小標題了解。


1、ANKER 30W GaN氮化鎵充電器A2017拆解


功率器件:PI SC1933C內置GaN功率器件
主控晶片:PI SC1933C
協議晶片:Weltred偉詮WT6615F
編輯點評:ANKER PowerPort Atom PD 1充電器給小編的第一感覺就是小而且輕巧,與蘋果30W PD充電器對比直接小一圈。性能方面,支持5V/3A、9V/3A、15V/2A、20V/1.5A四個USB PD輸出檔位,能滿足手機、平板的功率需求,筆記本也能兼顧到。


通過拆解發現,充電器內部元器件穿插布置,採用兩塊平行電路板之間加一塊小板的結構,使得空間利用率極高,並且巧妙的設計了塑料絕緣支架,為充電器提供絕緣和支撐,使充電器更加穩固。採用PI InnoGaN一體化晶片SC1933C,大大簡化充電器設計,同時得益於其高頻高效的特性,所以30W的輸出功率也無需輔助散熱,進一步節約了空間。輸出採用同步整流,減低溫度提高效率,電路板內層大面積敷銅,幫助導熱和散熱。產品的用料講究、設計巧妙、做工精細,滿滿黑科技。

2、拆解報告:ANKER 60W氮化鎵雙USB-C口充電器(A2029


功率器件:PI SC1933C內置GaN功率器件
主控晶片:PI SC1933C
協議晶片:賽普拉斯CYPD4225
編輯點評:ANKER PowerPort Atom PD 2 GaN充電器的設計很「ANKER」,無論是產品外包裝上還是產品本身外觀,都擁有濃濃的「ANKER」風格。鋼琴烤漆的外殼,觸感溫潤,純白機身、銀灰文字、藍色接口的搭配,很有辨識度。

接口方面,ANKER PowerPort Atom PD 2 GaN充電器與市面上其他60W PD充電器最大不同的是配置了2個USB-C輸出接口,並且均支持PD快充協議。單口輸出情況下支持5V/3A、9V/3A、15V/3A、20V/3A PD四個檔位,雙口同時輸出情況下,接口均支持5V/3A、9V/3A、15V/2A、20V/1.5A四個檔位,可以滿足大部分設備的充電需求。


充電頭網經過拆解發現,ANKER PowerPort Atom PD 2這款充電器內部採用了PI InnoGaN 系列產品SC1933C,內置控制器以及GaN功率器件等,不僅集成度高,而且效率也高,發熱少。次級側雙口輸出採用二次降壓方案, 兩個USB-C接口均採用南芯的SC8001同步降壓控制器;雙口獨立設計,由同一顆協議晶片賽普拉斯CYPD4225控制,支持輸出功率智能切換。

此外,充電器的內部還採用了大量了輔助散熱措施,正面為金屬散熱片,背面為導熱貼,USB-C小板上也分別使用了導熱貼設計。初級和次級之間預留足夠的安全距離,變壓器附近採用鏤空設計,增加絕緣檔板;在體積較大的插件元器件之間均使用注膠的方式增加機械強度,確保整機的性能和可靠性。

3、內置氮化鎵:Anker PowerCore Fusion PD超級充拆解


功率器件:Navitas納微的NV6115+Navitas納微NV6117 GaNFast功率晶片
主控晶片:TI德州儀器UCC28780
協議晶片:Cypress賽普拉斯 CYPD3175
編輯點評:Anker PowerCore Fusion PD超級充採用目前行業應用廣泛的1A1C接口配置,既兼顧了老款機型的需求,又解決USB PD快充設備的充電。在充電器模式下,USB-C口30W的輸出功率以及最高20V的電壓輸出,可滿足iPad Pro、New MacBook等小功率PD設備的用電。USB-A口融入ANKER自家的POWER IQ充電技術,對非PD快充的iPhone、iPad等設備也能以較快速度充電。在移動電源模式下,5000mAh的容量也可為大部分手機續命一次。就實用性而言,這款產品做得很不錯。


用料方面,充電頭網拆解發現,產品內部採用了行業前沿的GaN氮化鎵技術,內置Navitas納微半導體的NV6115和NV6117氮化鎵晶片,高度集成的驅動電路和單晶片的設計使得氮化鎵晶片的開關頻率大幅度提高,最終實現產品的小型化和高效率。

為了達到雙輸出的目的,充電器內置了兩顆南芯內置MOS的升降壓晶片,組成兩路同步升降壓電路,這也進一步減小了電路板佔板面積。此外,Anker PowerCore Fusion PD超級充採用了LG 21700電芯,單顆容量就能達到5000mAh,優化體積的同時,保證足夠的續航時間。

4、內置GaNFast:AUKEY 27W USB PD充電器PA-Y19深度拆解


功率器件:Navitas納微NV6252 GaNFast功率晶片
主控晶片:TI德州儀器UCC28780
協議晶片:Weltred偉詮WT6615F
編輯點評:通過對比AUKEY 27W USB PD GaNFast充電器與常規USB PD充電器的體積,我們能夠很明顯的感受到前者在體積方面的優勢,其功率密度相當於常規充電器的2倍。AUKEY 27W USB PD GaNFast充電器不僅體積小巧,而且還採用了可摺疊的插腳設計,便於攜帶;並擁有完整的USB PD輸出電壓,無論是充手機還是充筆記本電腦,均可兼容。


充電頭網拆解發現,這款充電器導入了採用了納微半導體的GaNFast技術,並內置全球首款集成驅動的半橋氮化鎵功率晶片NV6252。晶片的高集成省略了外圍的驅動電路,高效率則免去了散熱片,這也是充電器能夠做的如此小巧的主要原因。此外,這款充電器內部採用多塊PCB板,設計巧妙,元器件布局緊湊,最大限度的利用了充電器內部的空間,進一步優化了充電器的體積。


5、RAVPower 45W GaN PD充電器RP-PC104拆解


功率器件:Navitas納微NV6115 GaNFast功率晶片

主控晶片:TI德州儀器UCC28780
協議晶片:Weltred偉詮WT6615F
編輯點評:RAVPower這款充電器體積小巧,輕薄便攜,支持最大45W的輸出功率,並且具有5V、9V、12V、15V、20V五檔USB PD輸出,可支持手機、平板、筆電等數碼設備快充,性能很不錯。


通過充電頭網的拆解,我們發現這款充電器裡面的用料也是滿滿的黑科技,初級側採用了兩顆納微半導體的NV6115 GaN功率器件、TI德州儀器的UCC28780初級高頻控制器,並且還用到了平板變壓器,使得充電器擁有非常小的體積。次級側採用MPS同步整流控制器和英飛凌的同步整流管,並採用了USB PD和QC4+雙認證的協議晶片偉詮WT6615F。散熱方面,內部PCBA模塊的正反兩面均分別採用了銅片散熱和鋁板散熱,並使用導熱貼輔助,保證均勻散熱。  

充電頭網總結

不得不說,氮化鎵功率器件在充電器上的應用極大的優化了充電器的體積,比如Anker PowerCore Fusion PD,即使內置5000mAh電芯,支持30W USB PD快充,但其仍能做到便攜。

從充電頭網的拆解來看,目前市面上這幾款氮化鎵充電器主要以採用PI和納微的方案為主,其中PI的方案將氮化鎵功率器件、驅動、PWM控制器都集成在一顆晶片內,集成度非常高,這也是PI歷來的風格,所以PCB板的設計要相對簡潔很多。

納微的氮化鎵功率器件則是獨立的,採用高度集成的驅動電路和單晶片的設計,使得氮化鎵晶片的開關頻率大幅度提高,最終實現產品的小型化和高效率。

值得一提的是,納微、Power Integrations、英諾賽科、AOS等GaN功率晶片原廠將參加8月23日舉辦的2019(秋季)USB PD & Type-C 亞洲展。其中納微展位設在E03和E04、Power Integrations展位設在A11、英諾賽科展位設在A08、AOS展位設在D03。對氮化鎵技術感興趣的觀眾可以在展會當天移步以上展臺洽談交流。



2019(秋季) USB PD&Type-C亞洲展將在8月23日於中國-深圳舉辦  


展區分布圖(3樓):


展區分布圖(1樓):


部分參展商預告:


A區已搶空

泓森精密(展位號A01)、賽普拉斯(展位號A02)、南芯(展位號A03)、貝奇科技(展位號A04)、通嘉科技(展位號A05)、吉祥騰達(展位號A06)、裕金電子(展位號A07)、英諾賽科(展位號A08)、芯茂微(展位號A09)、茂睿芯(展位號A10)、Power Integrations(展位號A11)、富滿電子(展位號A12)、ABOV(展位號A13)、意豐精密(展位號A14)、華科隆(展位號A15)、天鈺科技(展位號A16)、速芯微(展位號A17)、寶礫微(展位號A18)、威鋒電子(展位號A19)、伊凡微(展位號A20)、英集芯(展位號A21)、首諾信(展位號A22)、力堃科技(展位號A23)、綠寶石(展位號A24)、坤興(展位號A25)、康源(展位號A26)、沁恆(展位號A27)、恆泰柯(展位號A28)、東科(展位號A29)、UL(展位號A30)、金道微(展位號A31)、智融(展位號A32)


B區(已搶空)

慧能泰(展位號B01)、萬京源(展位號B02)、泰普生(展位號B03)、微測(展位號B04)、昂盛達(展位號B05)、微盟(展位號B06)、新斯寶(展位號B07)、芯朋(展位號B08)、精拓(展位號B09)、DIODES(展位號B10)、研吉(展位號B11)、創惟科技(展位號B12)


C區(已搶空)

沃爾德(展位號C01)、俊凱達(展位號C02)、仁越(展位號C03)、優微(展位號C04)、博德越科技(展位號C05)、博聞創意(展位號C06)、金晟欣(展位號C07)、潤石科技(展位號C08)、意法半導體(展位號C09)、德立華(展位號C10)、矽米亞爾(展位號C11)


D區火熱報名中

易衝半導體(展位號D01)、佳翼(展位號D02)、萬國半導體(展位號D03)、泰爾認證中心(展位號D11)


E區僅剩2席

永銘(展位號E01)、艾德克斯(展位號E02)、納微(展位號E03)、納微(展位號E04)、國金燊電子(展位號E07)


F區火熱報名中


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