前言

當(dāng)前最新一代的USB PD 3.1已將輸出功率提高至240W，使用5A的充電線纜時最大輸出電壓可達48V，這導(dǎo)致常見的商用電源架構(gòu)中的反激式轉(zhuǎn)換器面臨組件耐壓過高的問題。同時，串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于USB PD時，需要一級降壓電路對寬電壓輸出進行調(diào)變，增加了成本。

相較之下，非對稱半橋反激具有零電壓切換、高效率和高功率密度等特性，能夠應(yīng)用于寬電壓輸出，滿足USB PD 3.1的需求。

通嘉近期推出一款大功率AHB控制器芯片LD5780，并基于LD5780芯片開發(fā)出了一款全新快充方案，搭配通嘉PFC芯片LD7593DA、同步整流芯片LD8529U及PD協(xié)議芯片LD6618，可實現(xiàn)功能完整及具高能效PD 240W應(yīng)用方案。接下來充電頭網(wǎng)將帶來這款方案的詳細解析。

通嘉PD3.1 240W快充方案外觀

通嘉PD3.1 240W快充方案為長方形布局，符合適配器造型設(shè)計，便于加裝散熱片和組裝外殼，輸出端采用USB-C接口。

PCBA模塊正面一覽，左側(cè)為交流輸入端，設(shè)有延時保險絲、共模電感、安規(guī)X2電容、PFC升壓電感，設(shè)有散熱片為整流橋散熱，另一側(cè)散熱片為PFC開關(guān)管散熱，散熱片粘貼絕緣膠帶。右側(cè)為電源輸出端，設(shè)有高壓濾波電容、變壓器、協(xié)議芯片等元器件。

PCBA模塊背面設(shè)有AHB控制器、PFC控制器、整流二極管、同步整流控制器、同步整流管、光耦等元器件。

實測該方案長度為113.48mm。

寬度為67.57mm。

厚度為27.33mm。

另外測得方案加上數(shù)據(jù)線的總重量為240.5g。

使用ChargerLAB POWER-Z KM003C測得該方案支持PD3.1 EPR 240W快充協(xié)議。

PDO報文方面，具備5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/5A四組固定電壓檔位，和28V/5A、36V/5A、48V/5A三組PPS電壓檔位以及一組15-48V 240W AVS電壓檔位。

通嘉PD3.1 240W快充方案解析

看完這款方案的外觀，接下來就進行這款方案內(nèi)部元器件的講解，一起看看內(nèi)部的設(shè)計和用料。

輸入端延時保險絲特寫。

安規(guī)X2電容特寫。

共模電感特寫，用于濾除EMI干擾。

另一顆共模電感特寫，兩級設(shè)計更好濾除EMI干擾。

整流橋使用螺絲固定在散熱片上，絲印PJ 4226。

濾波電感特寫。

三顆藍色濾波電容特寫，料號相同，絲印均為FPS2W105 L131。

該方案主控芯片來自通嘉最新推出的一款A(yù)HB控制器芯片LD5780，這是一款針對高頻不對稱半橋反激拓撲設(shè)計的電流模式PWM控制器芯片，適用于高效開關(guān)電源系統(tǒng)。該芯片內(nèi)置700V高壓啟動電路，并支持X電容放電功能，內(nèi)部集成升壓電路與低壓差線性穩(wěn)壓器，可為外部MOSFET/GaN HEMT驅(qū)動器及 PFC 控制器提供穩(wěn)定供電，進一步簡化外圍電路設(shè)計。

LD5780 集成了 Boost 升壓電路，很好地解決了 USB PD 3.1 寬電壓輸出（5 - 48V）應(yīng)用場景中控制器 IC 的耐壓及功耗問題，并且集成 X 電容放電功能，降低了待機功耗。在保護機制方面，LD5780提供全面的多重保護功能，包括輸入/輸出過壓保護、過流保護、過載保護、內(nèi)部/外部過溫保護，以及交流輸入欠壓/過壓檢測等。采用SOP-16封裝，適用于開關(guān)AC/DC適配器、電池充電器、開放式開關(guān)電源及高功率適配器等應(yīng)用場景。

LD5780詳細資料。

旁邊的PFC控制器同樣來自通嘉，型號LD7593DA，這是一款工作在轉(zhuǎn)換模式的電壓模式 PFC 控制器，具有多種集成保護功能，例如 OVP、OCP 和內(nèi)部 OTP。該芯片采用SOP-8封裝，具有用于功率因數(shù)校正的轉(zhuǎn)換模式。通過零電流開關(guān)實現(xiàn)高效率和低開關(guān)噪聲。感應(yīng)交流輸入電壓以補償高和低交流輸入電壓之間的 OCP和PF值。

LD7593DA詳細資料。

PFC升壓開關(guān)管來自英諾賽科，型號為INN650D150A，是一顆耐壓650V的氮化鎵高壓單管，瞬態(tài)耐壓750V，導(dǎo)阻150mΩ，采用DFN8*8封裝。INN650D150A支持超高開關(guān)頻率，無反向恢復(fù)電荷，具有極低的柵極電荷和輸出電荷，符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)應(yīng)用要求，內(nèi)置ESD保護，符合RoHS、無鉛、歐盟REACH法規(guī)。

INN650D150A支持AC-DC，DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用，支持圖騰柱PFC應(yīng)用，支持電池快充，高功率密度和高能效轉(zhuǎn)換應(yīng)用。

PFC升壓電感特寫。

快恢復(fù)二極管特寫，來自VISHAY威世，型號8EWF06S，采用TO-252-3封裝。

絲印S3M的二極管用于PFC旁路。

高壓濾波電容來自Rubycon紅寶石，規(guī)格為450V180μF。

濾波電容規(guī)格為33μF50V。

另一顆濾波電容規(guī)格為100μF50V。

AHB開關(guān)管來自英諾賽科，型號INN650D080BS，這是一顆耐壓650V的硅基氮化鎵增強型功率晶體管，導(dǎo)阻150mΩ，采用DFN8*8封裝。

另一顆英諾賽科INN650D080BS氮化鎵開關(guān)管特寫。

半橋驅(qū)動器來自安森美，型號NCP51820，耐壓650V，采用QFN-15封裝。

兩顆濾波諧振電容料號相同，規(guī)格均為0.33μF630V。

變壓器特寫。

億光EL1018光耦特寫，用于輸出電壓反饋。

同步整流芯片來自通嘉，型號LD8529U，這是一款次級側(cè)同步整流驅(qū)動芯片，適用于不對稱半橋、零電壓開關(guān)反激等拓撲的高低側(cè)同步整流，支持 CCM、DCM 及 QR 模式，具備準(zhǔn)諧振自動識別機制以避免誤操作，可自供電，適配輸出電壓 3V 至 48V 的 PD 應(yīng)用，VCC 最大額定 14V，關(guān)斷總延遲 30ns，采用 SOT-26 封裝且符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)。

LD8529U詳細資料。

同步整流管來自英飛凌，型號BSC074N15NS5，NMOS，耐壓150V，導(dǎo)阻7.4mΩ，采用TSON-8-3封裝。

輸出濾波電容規(guī)格為330μF63V。

協(xié)議芯片來自通嘉，型號LD6618，這是一款高度集成的 USB PD 控制器芯片，全面支持 USB PD 3.1 SPR與EPR規(guī)范，覆蓋28V/36V/48V寬電壓輸出范圍。芯片內(nèi)置8位MCU，配備32KB OTP與640字節(jié)SRAM，可靈活處理PD協(xié)議與設(shè)備管理，并自帶雙相標(biāo)記編碼（BMC）物理層接口，既支持標(biāo)準(zhǔn)的USB PD 3.1 SPR/EPR，又支持自定義私有協(xié)議。

在實現(xiàn)高達60V寬電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定運行的同時，LD6618優(yōu)化了差分信號通信技術(shù)，有效抑制了在大功率傳輸過程中產(chǎn)生的電源噪聲，為電源適配器、壁充、車載充電器等應(yīng)用場景提供了更可靠、更純凈的輸出性能。

LD6618采用QFN-16，QFN-20封裝，適用于USB Type-C 充電器、筆記本電源適配器、車充、電池充電管理以及服務(wù)器與通信電源等領(lǐng)域。

VBUS開關(guān)管來自英飛凌，型號BSC026N08NS5，NMOS，耐壓80V，導(dǎo)阻2.6mΩ，采用PG-TDSON-8封裝。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

充電頭網(wǎng)解析了解到，該方案采用不對稱半橋反激拓撲，采用AHB控制器芯片LD5780作為主控芯片，搭配LD7593DA PFC芯片和LD8529U同步整流以及LD6618協(xié)議芯片，結(jié)合英諾賽科GaN功率器件與高頻磁性元件設(shè)計，構(gòu)建出這款支持PD3.1協(xié)議的240W高效電源系統(tǒng)。

該方案支持PD3.1協(xié)議下5V至48V寬范圍輸出電壓，支持最高5A輸出電流，滿足240W功率需求。據(jù)相關(guān)測試數(shù)據(jù)顯示，該方案全負載效率在典型輸入條件下超過93%，并符合CoC Tier 2能效標(biāo)準(zhǔn)，空載功耗在230V條件下低于75mW，在動態(tài)負載情況下，輸出電壓波動也非常小，能效表現(xiàn)突出。