基于WAYON維安MOSFET高功率密度應(yīng)用于USB PD電源

基于WAYON維安MOSFET高功率密度應(yīng)用于USB PD電源由一級代理KOYUELEC光與電子提供技術(shù)選型和方案應(yīng)用支持！

基于維安MOSFET高功率密度USB PD電源

隨著智能手機(jī)應(yīng)用場景越來越多，智能手機(jī)電池容量日益增大，對充電器充電速度和功率要求越來越高。另外隨著Type-C端口的普及，筆記本電腦，PAD和手機(jī)可以共用一個(gè)充電器，筆記本電池容量和電壓較高，對充電器/適配器功率要求更高。

圖1 電池容量和充電器功率

圖2 TYPE C接口示意圖

本文介紹一款高頻高效PD65W超小體積USB PD方案。

具有以下特征：

★高功率密度（PCB板功率密度達(dá)29W/in3）；★高效率（滿足CoC V5 Tier2能效要求，高至93%）；★高頻率（開關(guān)頻率135kHz）；★使用平板變壓器和超結(jié)MOSFET顯著提升功率密度和性價(jià)比。

1.0規(guī)格

1.1輸入規(guī)格

輸入電壓90-264Vac輸入電流<1A輸入頻率?47-67Hz

1.2 輸出規(guī)格

輸出電壓/電流5V3A&9V3A&15V3A&20V3.25A輸出過流保護(hù)≥105%*Io輸出電壓紋波<150 mV(線端測試，并聯(lián)10uF電容，帶寬20MHz)平均效率?滿足?COC V5 Tier2能效要求開機(jī)延遲時(shí)間?<2s動(dòng)態(tài)過沖/回勾?<5%*Vo（10%-90%負(fù)載，5ms/5ms,0.8A/us）

PCB板尺寸 長*寬*高：49.5mm*27mm*25.4mm

圖3 維安65W超小體積USB PD

2.0 方案設(shè)計(jì)

2.1 原邊設(shè)計(jì)

原邊PWM控制器采用Richtek最新的高頻ZVS控制器RT7790,支持最高135kHz開關(guān)頻率，能夠顯著降低變壓器體積，RT7790集成了雙向控制技術(shù)，采用脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)雙向反饋信號，具有更高的效率和可靠性。RT7790具有掉電檢測功能的集成高壓啟動(dòng)電路，集成X2電容放電能力，可實(shí)現(xiàn)更低的空載功耗。同時(shí)具備完善的保護(hù)功能。原邊功率開關(guān)管采用維安（WAYON）第二代先進(jìn)的超級功率MOSFET WMZ26N60C2，它是采用先進(jìn)的SuperJunction MOSFET,具有極低的寄生電容和導(dǎo)通內(nèi)阻，另外維安推出的第三代超結(jié)工藝超薄封裝WMZ26N60C4，具有更低的寄生電容，可以得到更高的效率。

2.2 PDFN優(yōu)勢

2.2.1 非常小巧

引腳面積64mm2相比 D2PAK 150mm2減小50%以上。相比D2PAK 4mm高度，PDFN高度僅1mm。引腳縮短60 %；高度減小80%；體積減小90%。

圖4 PDFN8*8 示意圖

2.2.2 非常小的寄生電感

圖5引腳寄生電感對比

相比傳統(tǒng)TO系列直插和SMD器件，PDFN 無引腳器件引腳寄生電感非常小。此特征可以顯著提高器件的開關(guān)速度。可以通過LTspice軟件仿真驗(yàn)證。下圖使用并聯(lián)器件中模擬不同的寄生電感來對比器件開通和關(guān)斷速度。

圖6 不同源極（M2=10nH，M1=1nH）LTspice仿真開通波形圖

圖7 不同源極（M2=10nH，M1=1nH）LTspice仿真關(guān)斷波形圖

從圖6,7仿真圖可以看出，源極電感小的器件，開通和關(guān)斷速度明顯較快。

圖8 維安PDFN8*8主推物料列表

2.3 副邊設(shè)計(jì)

副邊控制方案使用Richtek最新的高集成度USB PD控制器RT7208E，其集成了SR控制器，ZVS控制和反饋環(huán)路補(bǔ)償，外圍極其精簡，支持QR/DCM/CCM等多種工作模式 ，集成ZVS控制器可以實(shí)現(xiàn)原邊功率開關(guān)的零電壓開通，顯著提升系統(tǒng)效率和減少電磁干擾。SR功率開關(guān)管采用WAYON第二代先進(jìn)的SGT工藝功率MOSFET WMB060N10LG2,超薄的PDFN5*6封裝，阻斷電壓100V,導(dǎo)通電阻小于6mΩ，具有極低的導(dǎo)通電阻和優(yōu)良的開關(guān)特性，很適合高頻化應(yīng)用。

審核編輯黃昊宇