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小体积60W GaN PD DEMO评测

时间:2021/4/6 11:24:29浏览次数:969

西安宽禁带半导体应用研究中心近日发布了60W超小体积 GaN PD适配器DEMO,宣称该适配器DEMO是目前市面上最小方形结构的PD充电器产品,该产品如果能得到产品化推广,会给终端客户携带带来极大的便利。西安功率器件测试应用中心作为第三方机构,带大家一起来看看西安宽禁带半导体应用研究中心该款60W PD适配器DEMO性能到底如何。

“西安宽禁带半导体应用研究中心”是坐落于西安环普高新科技产业园的一家民营高科技研发型企业,该公司致力于新型半导体技术的应用推广,旨在加速国产SiC、GaN技术的应用进程,推进国内宽禁带半导体行业的发展,让国产的宽禁带功率器件快速在电力电子行业得到普及推广。从拿到的样品来看,“西安宽禁带半导体应用研究中心”该款 PD适配器DEMO确实是目前市场同规格最小体积的方形结构适配器,DEMO裸板长为43mm,宽同样也是43mm,厚度仅为21mm,对其DEMO板上所有物料进行观察,发现该板确实如其宣称的一样,整个DEMO板上从控制器件、功率器件再到阻容器件,所有物料均出自国内自主品牌,是一颗真真正正的中国芯产品。该适配器DEMO样板一共由三块PCB组合而成,分别是高压输入端的EMI电路PCB、低压输出协议PCB、主控及功率板PCB,样品外观如下图所示。 

适配器DEMO板外观尺寸

“西安宽禁带半导体应用研究中心”该款60W GaN PD 适配器的控制芯片来自于西安本土企业“陕西亚成微电子股份有限公司”。“陕西亚成微电子股份有限公司”是国内著名的高功率密度电源芯片供应商,其在全球率先发布了适用于适配器的 GaN 驱动专用芯片RM6801SN,“西安宽禁带半导体应用研究中心”该款PD 适配器DEMO即采用的是亚成微电子的RM6801SN,RM6801SN是一种低成本针对GaN设计的ZVS驱动器,可直接驱动GaN器件,无需外围驱动电路,整体电路结构简单。通过辅助绕组实现的ZVS功能可有效降低功率器件在开通时的开关损耗,提升系统效率,相比目前市面上应用较多的单一的QR控制模式,有极大优势。 

RM6801SN主控IC外观图

RM6801SN ZVS的实现方式是通过VCC绕组电容实现变压器反向励磁,产生负向电流,实现主MOS管的结电容放电,从而实现ZVS,该方式较英飞凌通过变压器专门增加一个绕组的方式实现ZVS的方式电路更加简单,不需要增加单独的变压器绕组;较TI的ACF方式实现ZVS的方式,电路结构大大缩减,成本也较ACT要低的多,因此该芯片非常适合手机、平板等消费类的PD电源使用。

实现ZVS时主开关管VDS波形

该适配器DEMO主功率开关器件来自国内GaN器件龙头企业“英诺赛科科技有限公司”,型号为INN650D02,INN650D02是一颗经过市场验证的可靠性极高的GaN器件,内阻仅为200mΩ,其封装为DFN8*8,是英诺赛科针对PD市场推出的GaN器件。该器件同时还在努比亚65W USB PD氘锋氮化镓快速充电器、飞频65W USB PD氮化镓充电器、魅族65W氮化镓充电器、ROCK 65W 2C1A氮化镓快充充电器等多款PD产品采用。

主功率开关外观图

协议IC采用国内高性能模拟和混合集成电路供应商“深圳慧能泰半导体科技有限公司”  的HUSB350,HUSB350通过了PD3.0 PPS认证,支持USB3.0和USBType-C1.2标准,内部集成了恒压补偿环路和横流补偿环路,适用于1C,1C+1A,2C,2C+1A,1C+2A等多种结构,本次DEMO输出为1C口,从协议测试结果可以看出,该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等协议,可对支持相关协议的所有手机及平板电脑进行充电。 

协议测试

该适配器DEMO板上的同步整流MOSFET采用了“西安芯派电子科技有限公司”的 SW069R10VS, SW069R10VS是一颗SGT 工艺的低压MOSFET ,其内阻为7.1mΩ,耐压为100V,开关损耗小,导通内阻低,可以有效的提升PD适配器的效率,是芯派科技专门针对PD方向应用推出的一颗SGT低压MOSFET,其规格参数入下图所示。

同步整流MOSFET外观图

在协议输出端口,同样使用了“西安芯派电子科技有限公司”一颗P-MOS,型号为SW15P03,其内阻为10mΩ,该颗MOS在PD市场也得到广泛的应用,其规格参数如下图所示。

协议开关SW15P03外观图

通过对该DEMO板的测试,发现其满载最优效率点出现在230V输入,20V满载输出时,其最优效率为94%。满载最差效率点出现在264V输入,5V满载输出时,效率为89.3%。整个适配器在全电压输入、全负载输出段效率一致性较高,综合性能极优。

最优效率点测试

通过对”西安宽禁带半导体应用研究中心“该款 60W GaN 单C口 PD DEMO的测试发现,该被测DEMO综合性能较优,体积极小,后期该DEMO如进行商业化推广后,可大大降低了消费者PD快充的体积,提升快充效率,节约电能,使终端客户获得极佳的应用体验,对于该产品的市场化我们翘楚以盼。