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東微超級硅65W PD快充DEMO評測:高密度,效率近94%

發布時間:2020-05-26來源:

東微超級硅65W快充DEMO的印象就是元器件布局很緊湊、體積非常小。同時這套DEMO的設計也很美觀,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,遠高于常見民用開關電源頻率,同時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,具有超級硅系列產品極低的驅動損耗和開關損耗的特性,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器,具有3.5A輸出和3A吸收電流驅動能力,適用于交直流電源和逆變器。NCP51530在高頻工作時提供佳的傳輸延遲、低靜態電流和低開關電流,該芯片專為高頻工作的高效電源而設計。NCP51530有兩個版本,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,其采用先進的GreenMOS技術,提供低RDS(ON)、低柵極電荷、快速開關和優異的雪崩特性,適用于有源功率因數校正和開關電源應用。

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東微OSG65R900DF詳細規格資料。

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與蘋果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)*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,與時下熱門的氮化鎵快充產品尺寸相當。

在了解完東微超級硅65W PD快充充電器DEMO的外觀結構之后,充電頭網也對這款產品的性能進行了評測,下面繼續來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,成功進入USB PD快充狀態。

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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,成功進入USB PD快充狀態。

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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,成功進入USB PD快充狀態。

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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,成功進入USB PD快充狀態。

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給蘋果MacBook Pro充電,顯示電壓19.95V,電流2.86A,功率約為57.23W,成功進入了USB PD快充狀態。

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為100W快充移動電源充電,顯示電壓19.95V,電流3.21A,功率約為64W,成功進入USB PD快充狀態。


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,在測試中同時使用萬用表測量板端電壓,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,板端實際輸入功率約為17.52W;萬用表測得東微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,板端實際輸入功率約為29.19W;萬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,板端實際輸入功率約為38.81W;萬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,板端實際輸入功率約為48.46W;萬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,板端實際輸入功率約為69.52W;萬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滿載輸出時的板端效率接近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)三種常見的輸出模式對搭載東微超級硅的65W快充充電器DEMO進行負載測試。三種模式均在室溫25℃的環境中帶載3小時,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板正面初始高溫度約為30.3℃,背面高溫度約為29.2℃。

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

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

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后是20V/3.25A( 65W)滿載三小時,測得正面高溫度為95℃,背面高溫度為90.9℃,高溫升64.7℃。


總結:

近年來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快充電源成為市場新寵,發展迅速。東微半導體借此契機,推出超級硅系列MOSFET,開關頻率可達到1MHz以上,媲美氮化鎵功率器件,有助于大功率快充產品以較低的成本實現高功率密度,提高競爭力。

東微半導體基于超級硅開發的65W PD快充DEMO板具備小體積、大功率、高效率等特點。充電頭網實測裸板尺寸僅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,處于領先水準。

進一步測試得知,該DEMO板支持USB PD3.0快充標準,在給iPhone、小米9、三星S0+、MacBook Pro等主流產品充電時,均可正常進入USB PD快充狀態。效率方面,在230V AC輸入的情況下,板端效率高可達到94%,高效率有效減少發熱量。溫升方面,在沒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。

目前市面上量產的高功率密度快充方案普遍基于氮化鎵功率器件開發,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現了媲美氮化鎵快充的開關速度、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驅動型的半導體技術公司,在半導體核心技術的器件領域有深厚的技術積累,專注半導體器件技術創新,擁有多項半導體器件核心專利。據了解,東微旗下GreenMOS系列產品是國內早量產并進入工業級應用的高壓超級結產品系列,在國產品牌中占有領先地位,廣泛應用于充電樁模塊,通訊電源等大功率應用領域。



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