前言

當(dāng)前快充產(chǎn)業(yè)鏈從傳統(tǒng)硅 MOS 到超結(jié) MOS，再到近十年間氮化鎵在 60W、100W、140W 適配器上的全面普及，每一次器件層級(jí)的革新，都在改寫功率密度、效率和成本之間的平衡關(guān)系。如今，當(dāng) USB PD3.1 將適配器功率上限推至 140W 乃至更高，如何在有限的體積和成本預(yù)算下，同時(shí)滿足高功率、高效率、低待機(jī)損耗和嚴(yán)苛能效標(biāo)準(zhǔn)，成為行業(yè)新的命題。

充電頭網(wǎng)近期從拆解中了解到，瑞薩推出了一款碳化硅 140W 快充參考設(shè)計(jì)，該方案將單級(jí) PFC 與碳化硅功率器件深度融合，完成了傳統(tǒng)方案中由一顆碳化硅二極管、一顆 PFC GaN 開關(guān)以及兩顆主功率 GaN 開關(guān)才能承擔(dān)的角色，用更少的器件堆疊起更高的功率密度和更強(qiáng)的性價(jià)比，接下來(lái)充電頭網(wǎng)將詳細(xì)介紹一下。

瑞薩 140W 碳化硅快充參考設(shè)計(jì)

瑞薩這套 140W 碳化硅快充參考設(shè)計(jì)，核心在于以 iW3627-00 為代表的單級(jí)高功率因數(shù) AC/DC 恒壓控制器，將 PFC 功率因數(shù)校正與能量轉(zhuǎn)換合并于單級(jí)架構(gòu)之中，在控制層面消除了傳統(tǒng)“雙級(jí)”方案中 PFC 級(jí)與主功率級(jí)之間的冗余回路。得益于這種單級(jí)架構(gòu)，系統(tǒng)直接省去了傳統(tǒng)大功率方案中體積碩大的獨(dú)立 PFC 升壓電感及級(jí)間高壓電容，大幅壓縮了 PCB 占板空間，從而明顯減小了適配器的整體體積，實(shí)現(xiàn)更極致的小型化設(shè)計(jì)。

與此對(duì)應(yīng)，在功率器件層面引入一顆高耐壓、高速度的碳化硅功率器件，就能將原本分散在一顆碳化硅二極管、一顆 PFC GaN 管和兩顆主功率 GaN 管上的電流通道和開關(guān)職責(zé)，集中到一個(gè)高性能 SiC 開關(guān)之上。

接下來(lái)簡(jiǎn)單講一下該方案所采用的芯片。

初級(jí)主控芯片 瑞薩 iW3627-00

瑞薩iW3627-00是一顆具有功率因數(shù)校正功能的單級(jí)AC/DC恒壓控制器，支持隔離和非隔離拓?fù)?，可?shí)現(xiàn)極低的負(fù)載及線電壓調(diào)整率而無(wú)需次級(jí)反饋電路，芯片無(wú)需外部環(huán)路補(bǔ)償元件，采用SOT23封裝。

該方案搭配耐壓800V，導(dǎo)阻165mΩ的碳化硅開關(guān)管。得益于 SiC 器件的高耐壓余量、低反向恢復(fù)損耗與高頻開關(guān)能力，可在高線電壓與大功率工況下兼顧效率與熱設(shè)計(jì)，進(jìn)一步降低主功率段的器件數(shù)量與散熱壓力。

同步整流控制器 瑞薩iW610-01C

瑞薩這套參考設(shè)計(jì)中，除iW3627-00 外，在次級(jí)側(cè)，還有著 iW610-01C 承擔(dān)高效率同步整流控制。

瑞薩 iW610-01C 同步整流控制器支持QR、ZVS、ACF和LLC開關(guān)電源應(yīng)用，芯片支持DCM和CCM工作模式，支持低側(cè)和高側(cè)應(yīng)用，支持3-28V輸出電壓范圍，采用SOT23封裝。

對(duì)于本套 140W 快充參考設(shè)計(jì)而言，它為高功率輸出段提供了穩(wěn)健的效率支撐，也為后級(jí)多路 DC-DC 降壓預(yù)留了足夠的能效空間，使整個(gè)系統(tǒng)在單口 140W 和多口分配輸出時(shí)都能維持較高的整體效率曲線。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

瑞薩這套碳化硅 140W 快充參考設(shè)計(jì)主要采用初級(jí)主控芯片iW3627-00搭配同步整流控制器iW610-01C，該方案在技術(shù)維度上有著非常明確的標(biāo)簽，主要面向 USB PD3.1 場(chǎng)景，在架構(gòu)上，在適配器功率段實(shí)現(xiàn)了單級(jí) PFC + SiC的深度結(jié)合，更重要的是，在瑞薩電源架構(gòu)的統(tǒng)籌下，一顆 SiC 器件在系統(tǒng)層面完成了傳統(tǒng)方案中由二極管和 GaN 開關(guān)才能承擔(dān)的功能，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“器件做減法、系統(tǒng)做優(yōu)化”，在功率密度、效率和成本之間找到了新的平衡點(diǎn)。

這套參考設(shè)計(jì)的意義遠(yuǎn)不止于又多了一種 140W 方案選型。一方面，它把 SiC 從高壓工業(yè)引入到更貼近終端用戶的快充適配器領(lǐng)域，讓碳化硅的優(yōu)勢(shì)在 100W+ 功率段得到更廣泛的驗(yàn)證與規(guī)?；瘷C(jī)會(huì)；另一方面，它通過(guò)單級(jí) PFC 架構(gòu)和系統(tǒng)級(jí)精簡(jiǎn)，為整個(gè)快充產(chǎn)業(yè)提供了一種值得借鑒的思路，即把復(fù)雜度從硬件搬到架構(gòu)與算法層面，用更少的器件建立更高效、更具性價(jià)比的系統(tǒng)。