GaN FET和ACF PWM控制器實現(xiàn)65W USB Type-C PD充電器

GaN晶體管擁有開關(guān)速度快、效率高等優(yōu)勢，本方案結(jié)合Transphorm公司的GaN FET和士蘭微電子的有源鉗位反激式（ACF）PWM控制器，實現(xiàn)了94.5%的峰值效率和30W/in3的無封裝功率密度，用于筆記本電腦、平板電腦、智能手機和其他終端設(shè)備的電源供電。

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方案介紹

本方案結(jié)合Transphorm的SuperGaN第四代平臺（Gen IV）與士蘭微電子的有源鉗位反激式（ACF）PWM控制器，實現(xiàn)了開放式架構(gòu)的65W USB Type-C PD充電器，性能超過了目前使用硅MOSFET或e-mode GaN晶體管的同類解決方案，而且體積更小。主要性能如下：
輸入電壓：90-265VAC
輸出電壓：5V、9V、15V、20V
最大輸出功率：65W
輸出端頭：USB Type-C PD
效率：》94％

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輸入保護方面，方案采用了一個慢動作（slow-acting）輸入保險絲F1，保護下行元器件破壞性失效情況的發(fā)生；壓敏電阻RV1用來吸收來自電源線的突波并減少來自下行元件的電壓過沖，NTC熱敏電阻用于浪涌電流保護。

為了滿足EN55022標(biāo)準(zhǔn)并保留足夠裕量，方案采用了由C１電容器、共模扼流圈L１、變壓器T１組成的EMI濾波器電路。

方案采用SZ1130全集成有源鉗位反激控制器提供全面故障保護，包括輸入欠壓停止(UVLO)保護、輸入過壓停止(OVLO)保護、內(nèi)部過溫保護(OTP)、外部過溫保護(OTP)、峰值電流限制(PCL)、過功率保護n(OPP)、輸出短路保護(OSC)等。

芯齊齊BOM分析

方案BOM表元器件總數(shù)131個，包括來自Transphorm公司的TP65H300G4LSG　SuperGaN FET，來自士蘭微電子的SZ1130有源鉗位反激控制器。

芯齊齊BOM分析工具顯示，SuperGaN FET采用PQFN88封裝，是具有頂級柵極堅固性的650V 240mΩ器件。不同于增強型（e-mode）器件，GaN FET不需要額外的偏置軌或電平轉(zhuǎn)換器等保護性外部電路——這一優(yōu)勢可以提高效率。這些特性和其他功能進一步提高了適配器系統(tǒng)的整體功率密度，并降低材料清單（BOM）成本。

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SZ1130是全集成ACF PWM控制器，將自適應(yīng)數(shù)字PWM控制器、有源鉗位FET、有源鉗位柵極驅(qū)動器和UHV啟動穩(wěn)壓器集于一體。與其他準(zhǔn)諧振（QR）控制器方案相比，SZ1130性能更高，設(shè)計簡單，PCB占位小。

WT6633P是來自的USB PD控制芯片，采用QFN-16封裝，通過了高通Quick Charge 4和Quick Charge 4+測試認(rèn)證。該芯片內(nèi)建穩(wěn)壓器，工作電壓3-24V，支持PPS規(guī)格，用于包含筆電、2合1裝置、平板及智能手機在內(nèi)的USB Type-C產(chǎn)品電源供應(yīng)器，以及USB Type-C周邊配件如車充、行動電源、延長線、連結(jié)基座與dongle。

電容器中，電路標(biāo)號C10采用0805規(guī)格的150pF 200V NPO電容器，C1為220nF的X２類陶瓷安規(guī)電容器，C5、C6、C20為560uF 20%的引線型鋁電解電容器，C21為68uF 80V　20%引線型鋁電解電容器，C33為47uF 20%　16V的徑向引線鋁電解電容器，其余全部采用X7R　MLCC。

除了共模扼流圈L１和電源變壓器L２要按照按要求定制，其他元器件均為標(biāo)準(zhǔn)品，可按照BOM表中的料號選購或從硬之城（allchips）一站購齊。
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