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東微超級硅65W PD快充DEMO評測:高密度,效率近94%

發(fā)布時(shí)間:2020-05-26來(lái)源:

東微超級硅65W快充DEMO的第一印象就是元器件布局很緊湊、體積非常小。同時(shí)這套DEMO的設計也很美觀(guān),與成品充電器的PCBA很接近。

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DEMO板主體由三塊PCB板焊接組成,底部為主控PCB板,正面設有變壓器以及輸出濾波電容;輸入端的PCB主要設有輸入濾波及整流電路;輸出端則是一塊協(xié)議小板。由于是DEMO,正面的元器件之間并未注膠。

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東微超級硅65W PD快充充電器采用ACF拓撲結構。從PCB板背面來(lái)看,初級側設有兩顆高壓MOS以及兩顆控制器;低壓側設有同步整流芯片和同步整流MOS管。光耦反饋,并在高壓側和低壓側之間有鏤空隔離設計。

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來(lái)自TI德州儀器的UCC28780初級控制器,其工作頻率可達1MHz,遠高于常見(jiàn)民用開(kāi)關(guān)電源頻率,同時(shí)符合日漸嚴格的能耗及效率標準,內置多種保護功能。

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東微超級硅系列高壓MOS管OSS65R340JF,具有超級硅系列產(chǎn)品極低的驅動(dòng)損耗和開(kāi)關(guān)損耗的特性,尤其在更高頻率400KHz條件下效率依然與氮化鎵功率器件保持一致,效率非常高,可以滿(mǎn)足高能效要求。

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東微OSS65R340JF規格資料。

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另一顆控制器采用安森美NCP51530B,這是一款700V高壓側和低壓側驅動(dòng)器,具有3.5A輸出和3A吸收電流驅動(dòng)能力,適用于交直流電源和逆變器。NCP51530在高頻工作時(shí)提供最佳的傳輸延遲、低靜態(tài)電流和低開(kāi)關(guān)電流,該芯片專(zhuān)為高頻工作的高效電源而設計。NCP51530有兩個(gè)版本,NCP51530A/B。NCP51530A具有典型的60 ns傳播延遲,而NCP51530B具有典型的25 ns傳播延遲。

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另一顆高壓MOS為東微OSG65R900DF,其采用先進(jìn)的GreenMOS技術(shù),提供低RDS(ON)、低柵極電荷、快速開(kāi)關(guān)和優(yōu)異的雪崩特性,適用于有源功率因數校正和開(kāi)關(guān)電源應用。

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東微OSG65R900DF詳細規格資料。

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與蘋(píng)果30W充電器相比,東微超級硅65W PD快充DEMO的功率翻了一倍,而體積卻更小。

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與蘋(píng)果61W充電器相比,東微超級硅65W PD快充DEMO體積僅相當于其三分之一左右。

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東微超級硅65W PD快充充電器DEMO的到底有多???在這里粗略測量了裸板的尺寸,分別為:51mm(長(cháng))*39mm(寬)*23mm(高),整體體積約為45.75m3,換算成功率密度約為1.42W/cm3,功率密度相當高,與時(shí)下熱門(mén)的氮化鎵快充產(chǎn)品尺寸相當。

在了解完?yáng)|微超級硅65W PD快充充電器DEMO的外觀(guān)結構之后,充電頭網(wǎng)也對這款產(chǎn)品的性能進(jìn)行了評測,下面繼續來(lái)看這套方案的評測內容。


2、充電測試兼容性

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首先使用東微超級硅65W快充充電器DEMO板給iPhone SE充電,顯示電壓8.96V,電流1.3A,功率約為11.7W,成功進(jìn)入USB PD快充狀態(tài)。

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給iPhone 11 Pro Max充電,顯示電壓8.92V,電流2.51A,功率約為22.47W,成功進(jìn)入USB PD快充狀態(tài)。

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給三星S10+充電,顯示電壓8.95V,電流1.62A,功率約為14.54W,成功進(jìn)入USB PD快充狀態(tài)。

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給小米9充電,顯示電壓8.95V,電流1.48A,功率約為13.26W,成功進(jìn)入USB PD快充狀態(tài)。

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給蘋(píng)果MacBook Pro充電,顯示電壓19.95V,電流2.86A,功率約為57.23W,成功進(jìn)入了USB PD快充狀態(tài)。

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為100W快充移動(dòng)電源充電,顯示電壓19.95V,電流3.21A,功率約為64W,成功進(jìn)入USB PD快充狀態(tài)。


3、效率測試



本次效率測試主要選用的測試設備為POWER-Z KM001C測試儀、逐瑞功率計、VICTOR 86E萬(wàn)用表以及電子負載。

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首先將東微65W超級硅DEMO板接上功率計,USB-C輸出接口連接POWER-Z KM001C誘騙至指定電壓并通過(guò)電子負載恒流輸出。為了得到更精準的測試數據,在測試中同時(shí)使用萬(wàn)用表測量板端電壓,并提前對POWER-Z KM001C測試儀在不同電壓下的待機功耗進(jìn)行了測量,結果如下表:

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以下是基于230V AC電壓輸入,并分別以5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/3.25A五種不同電壓滿(mǎn)載模式輸出的數據:

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在5V/3A負載模式下,輸入端測得功率為17.62W,減去POWER-Z KM001C功耗0.1W,板端實(shí)際輸入功率約為17.52W;萬(wàn)用表測得東微65W超級硅DEMO的板端輸出電壓為5.14V,電流3A,計算得出板端輸出功率約為15.42W,板端效率約為88.01%。

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在9V/3A負載模式下,輸入端測得功率為29.35W,減去POWER-Z KM001C功耗0.16W,板端實(shí)際輸入功率約為29.19W;萬(wàn)用表測得板端輸出電壓為9.02V,電流3A,計算得出板端輸出功率約為27.06W,板端效率約為92.70%。

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在12V/3A負載模式下,輸入端測得功率為39.03W,減去POWER-Z KM001C功耗0.22W,板端實(shí)際輸入功率約為38.81W;萬(wàn)用表測得板端輸出電壓為12.03V,計算得出板端輸出功率約為36.09W,板端效率約為92.99%。

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在15V/3A負載模式下,輸入端測得功率為48.74W,減去POWER-Z KM001C功耗0.28W,板端實(shí)際輸入功率約為48.46W;萬(wàn)用表測得板端輸出電壓為15.05V,計算得出板端輸出功率約為45.15W,板端效率約為93.17%。

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在20V/3.25A負載模式下,輸入端測得功率為69.92W,減去POWER-Z KM001C功耗0.4W,板端實(shí)際輸入功率約為69.52W;萬(wàn)用表測得板端輸出電壓為20.07V,電流3.25A,計算得出板端輸出功率為65.23W,板端效率約為93.84%。

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通過(guò)測試數據可以看到,東微超級硅65W 快充充電器DEMO板在5V/3A模式下的板端效率為88%,當進(jìn)入9V或9V以上的快充模式后,板端效率都在93%左右,20V/3.25A 65W滿(mǎn)載輸出時(shí)的板端效率接近94%。


4、溫升測試


溫升測試測試中,首先測試了東微超級硅65W PD快充DEMO板的初始溫度,然后分別以9V/2A( 18W)、20V/2.25A(45W)、20V/3.25A(65W)三種最常見(jiàn)的輸出模式對搭載東微超級硅的65W快充充電器DEMO進(jìn)行負載測試。三種模式均在室溫25℃的環(huán)境中帶載3小時(shí),然后使用FLIR紅外熱成像儀檢測DEMO板正面和背面的溫度。結果如下:

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東微超級硅65W PD快充DEMO板正面初始最高溫度約為30.3℃,背面最高溫度約為29.2℃。

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首先以9V/2A(18W)模式帶載3小時(shí),FLIR紅外熱成像儀顯示PCB板正面的最高溫度出現在變壓器的位置,約為59.6℃,板子背面的最高溫度約為53.6℃,最高溫升29.3℃。

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在以20V/2.25A(45W)模式帶載3小時(shí)后,PCB板正面最高溫度約為87.3℃,背面最高溫度約為76℃,最高溫升57℃。

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最后是20V/3.25A( 65W)滿(mǎn)載三小時(shí),測得正面最高溫度為95℃,背面最高溫度為90.9℃,最高溫升64.7℃。


總結:

近年來(lái)消費者對高功率密度快充配件的需求日益旺盛,具備大功率、高密度USB PD快充電源成為市場(chǎng)新寵,發(fā)展迅速。東微半導體借此契機,推出超級硅系列MOSFET,開(kāi)關(guān)頻率可達到1MHz以上,媲美氮化鎵功率器件,有助于大功率快充產(chǎn)品以較低的成本實(shí)現高功率密度,提高競爭力。

東微半導體基于超級硅開(kāi)發(fā)的65W PD快充DEMO板具備小體積、大功率、高效率等特點(diǎn)。充電頭網(wǎng)實(shí)測裸板尺寸僅51mm*39mm*23mm,功率密度達到了1.42W/cm3,在同功率級別的快充方案中,處于領(lǐng)先水準。

進(jìn)一步測試得知,該DEMO板支持USB PD3.0快充標準,在給iPhone、小米9、三星S0+、MacBook Pro等主流產(chǎn)品充電時(shí),均可正常進(jìn)入USB PD快充狀態(tài)。效率方面,在230V AC輸入的情況下,板端效率最高可達到94%,高效率有效減少發(fā)熱量。溫升方面,在沒(méi)有任何輔助散熱措施的前提下,板端18W、45W、 65W三種負載模式均有不錯的表現。

目前市面上量產(chǎn)的高功率密度快充方案普遍基于氮化鎵功率器件開(kāi)發(fā),雖然獲得廣大消費者青睞,但成本也相對較高;而東微超級硅同樣實(shí)現了媲美氮化鎵快充的開(kāi)關(guān)速度、高功率密度、高效率等特性,讓人眼前一亮。

東微半導體作為一家技術(shù)驅動(dòng)型的半導體技術(shù)公司,在半導體核心技術(shù)的器件領(lǐng)域有深厚的技術(shù)積累,專(zhuān)注半導體器件技術(shù)創(chuàng )新,擁有多項半導體器件核心專(zhuān)利。據了解,東微旗下GreenMOS系列產(chǎn)品是國內最早量產(chǎn)并進(jìn)入工業(yè)級應用的高壓超級結產(chǎn)品系列,在國產(chǎn)品牌中占有領(lǐng)先地位,廣泛應用于充電樁模塊,通訊電源等大功率應用領(lǐng)域。



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