聯(lián)想小新CC100拆解：全國產(chǎn)芯氮化鎵充電器方案倒計時

2022年，相信大家對氮化鎵充電器已不再陌生。氮化鎵充電器在消費電子市場的成功說明了目前整個氮化鎵行業(yè)的制造工藝和相關(guān)器件的性能得到了充分的驗證，相比傳統(tǒng)充電器，為什么氮化鎵充電器功率能做的那么大，體積那么??？功率密度提升的秘密在哪？本文通過拆解一款聯(lián)想小新CC100的雙C口氮化鎵充電器來探究真相。

拆解

拆解后的實物如上圖所示，因為CC100氮化鎵充電器外殼是通過波峰焊工藝結(jié)合的，所以采用的是暴力拆解的方式。從電源模塊覆蓋的純銅散熱片以及石墨散熱貼紙可以看出這個電源模塊的散熱措施十分扎實。觀察下來，整個電源模塊的電路拓撲結(jié)構(gòu)非常清晰：一次側(cè)，EMI濾波網(wǎng)絡(luò)，PFC升壓電路、氮化鎵開關(guān)電源電路；二次側(cè)則是同步整流寬電壓輸出，更進一步的升降壓雙C口輸出電路。具體看下每個部分的電路和芯片。

EMI濾波網(wǎng)絡(luò)

這塊小板上主要是EMI濾波網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)過整流橋后的濾波網(wǎng)絡(luò)。

PFC電路

這個小板是PFC電路中的開關(guān)MOS管、整流管以及背面兩顆高壓濾波電解電容（冠坤，規(guī)格都是420V 47μF）。開關(guān)MOS管采用的是東微半導(dǎo)體的NMOS管（型號：OSG60R108JZF），具有極低的開關(guān)損耗，導(dǎo)阻只有108mΩ。整流管則采用的是瑞能的超快速恢復(fù)二極管，600V的耐壓，9A的正向電流。

開關(guān)電源

這塊主板牽涉了各部分的電路，兩顆整流橋（絲?。篗RS30M），用于均攤散熱。

PFC控制器為昂寶電子的的OB6566。

開關(guān)電源的主控芯片采用安森美的準諧振PWM控制器（NCP1342），用于驅(qū)動英諾賽科的氮化鎵功率MOS管（INN650D02）。作為氮化鎵充電器的主角，這是一顆增強型的功率MOS管，具有超高的開關(guān)頻率，且具有極低的導(dǎo)通電阻，僅有200mΩ。

在實際的設(shè)計中，使用安森美NCP1342控制器+英諾賽科的氮化鎵功率MOS管組合的電路方案可以額外加上驅(qū)動IC（FAN3111E），以實現(xiàn)氮化鎵MOS管的高速驅(qū)動，無論是驅(qū)動速度，還是驅(qū)動信號穩(wěn)定性都有較大的優(yōu)勢，同時也可以減小產(chǎn)品驅(qū)動信號PCB 設(shè)計的難度，從而實現(xiàn)高功率密度的開關(guān)電源應(yīng)用。

氮化鎵開關(guān)電源的整流輸出采用了東科的高性能同步整流芯片（DK5V100R05M），只有兩個引腳，分別對應(yīng)肖特基二極管PN管腳，芯片內(nèi)部集成了100V NMOS功率管，可以大幅降低二極管導(dǎo)通損耗，提高開關(guān)電源效率，可以作為目前市場上同等規(guī)的肖特基整流二極管的代替料。

兩顆兆龍的高速光耦（CT 1018），用于反饋輸出電壓和隔離保護功能。

USB PD輸出電路

作為一款基于氮化鎵功率芯片的快充，雖然氮化鎵驅(qū)動電路非常重要，但是USB PD控制充電作為充電器的最后一環(huán)，同樣是充電器的核心。

USB PD控制板正面設(shè)有降壓電感、濾波電感、電容以及USB C接口。

背面有同步升降壓控制器與四顆MOS管組成的二次調(diào)壓電路，升降壓控制器采用南芯的同步4管升降壓控制器（SC8703），四顆MOS管（R03N041AP），用于輸出同步整流升降壓。

兩顆USB PD協(xié)議芯片，昂寶電子的USB PD控制器（OB2613），支持PD協(xié)議和輸出電壓反饋調(diào)節(jié)。這顆芯片符合USB PD3.0規(guī)范，也支持PPS模式，基本支持市面上各個廠商的快充協(xié)議，像高通、聯(lián)發(fā)科、華為、蘋果、三星等，通過預(yù)留的GPIO設(shè)置可支持A+C口的雙口快充設(shè)計，比起目前雙C口的輸出設(shè)計，適用性更廣。配合USB PD芯片工作的還有四顆輸出保護管，萬代的P溝道MOS管（AONS21357），實現(xiàn)雙口盲插功能。

所以聯(lián)想小新氮化鎵充電器的基本電源拓撲結(jié)構(gòu)是：充電器PFC升壓電路采用昂寶PFC控制器（OB6566）+東微MOS管（OSG60R108JZ）以及瑞能超快速恢復(fù)二極管（BYV29D-600P）；開關(guān)電源電路采用安森美準諧振控制器（NCP1342）+英諾賽科氮化鎵功率芯片（INN650D02）以及東科高性能同步整流芯片（DK5V100R05M）；輸出端C口采用昂寶USB PD控制器（OB2613）+南芯（SC8703）同步升降壓轉(zhuǎn)換器以及萬代MOS管。

拆解中所涉及到的元器件具體的BOM如下表：

小結(jié)

了解了這個電源的硬件方案和拓撲結(jié)構(gòu)，我想從另一方面談?wù)勥@個快充。回到一開頭的問題，“為什么氮化鎵充電器功率能做的那么大，體積那么??？”

原因還是在于功率密度的提升。比如在這個充電器上，加入了氮化鎵功率器件、加入了PFC電路。氮化鎵MOS管可以在不增加開關(guān)損耗的同時實現(xiàn)較高的開關(guān)頻率，更高的開關(guān)頻率意味著設(shè)計人員能夠縮小電源系統(tǒng)中磁性元件的尺寸、重量和數(shù)量，進而減少整個充電器的體積。而PFC電路的加入有異曲同工之妙。 PFC起先是為了提高功率因數(shù)，減小大功率充電器中大容量電解電容充電時的沖擊電流對市電的影響，在3C認證的電源產(chǎn)品中，這是一種強制的行為。但在實際電路中，PFC電路將整流后的電壓升壓，減小了初級電容的體積，相應(yīng)的也提升了充電器的功率密度。舉一反三，如果聯(lián)想小新這個充電器的PFC升壓電路中使用氮化鎵功率器件拓撲，而氮化鎵功率器件的反向恢復(fù)損耗為零，因此可以進一步提升PFC的效率，當然，這是不顧成本追求極致的情況。畢竟，現(xiàn)實中，企業(yè)都需要考慮投入和產(chǎn)出比。最后我想用一句話作為本視頻的結(jié)尾，氮化鎵充電器為什么能這么火？如果你記不住上面的內(nèi)容，那你只需記住“因為我們離不開電源，并且我們在不斷地追求更好的電源系統(tǒng)”。