PD快充
關注創建者：工采電子 創建時間：2023-03-01
PD快充的實例教程
PD快充，全稱又叫USB-PD，是由USB-IF組織制定的一種快速充電規范，是目前主流的快充協議之一，充電接口是以Type-C接口輸出的方式，但不能說有Type-C接口就一定支持USB-PD協議快充。
手機快速充電主要分為三大類：VOOC閃充快速充電技術、高通Quick Charge 2.0快速充電技術、聯發科Pump Express Plus快速充電技術。
一、產品應用及優勢
PD快充主要廣泛應用于手機、平板電腦、多口充電器、車載充電器、移動電源充電器、智能排插等設備中。
產品優勢：
1、充電速度給力：USB PD功率傳輸協議下，最高能夠擴展為輸出電壓20V，輸出電流高達5A以上，也就是說電流傳輸可高達100W以上的大功率；
2、統一方便用戶使用：PD標準可支持5V、9V、12V、15V、20V等多檔電壓，并能夠根據手機、平板、筆記本等不同設備的需求來智能匹配電壓。
展開 近期美闊電子推出了一款全新的氮化鎵65W（1A2C）PD快充充電器方案，該方案采用同系列控制單晶片：QR一次側控制IC驅動MTCD-mode GaN FET(MGZ31N65-650V)、二次側同步整流控制IC及PD3.0協議IC)可達到最佳匹配。
GaN/氮化鎵作為第三代半導體材料經常被用在PD快充里面；氮化鎵（GaN）擁有極高的穩定性，將GaN用于充電器的整流管后，能降低開關損耗和驅動損耗，提升開關頻率，附帶地降低廢熱的產生，進而減小元器件的體積同時能提高效率。
一、方案概述：
尺寸設計：60mm*60mm*30mm
輸出規格：5V/3A, 9V/3A, 15V/3A, 20V/3.25A
輸入電壓：90-264 Vac @ 60/50Hz
輸出接口：USB-PD C型式,A型式
低待機功耗：空載損耗低于50mW
高效率：輸出20V重載時可達91.62%效率及功率密度可達1.5W/cm3
供電范圍：二次側同步整流控制IC及PD3.0協議IC
二、芯片特性：
MGZ31N65芯片內部集成650V耐壓，250mΩ導阻的氮化鎵開關管；內置驅動器以及復雜的邏輯控制電路;支持輸出過壓保護，支持變壓器磁飽和保護，支持芯片供電過壓保護，支持過載保護，支持輸出電壓過壓保護，支持片內過熱保護，支持電流取樣電阻開路保護，具有低啟動電流。
展開 65W快充是目前快充市場出貨的主流規格；氮化鎵具有高可靠性，能夠承受短時間過壓；將GaN用于充電器的整流管后，能降低開關損耗和驅動損耗，提升開關頻率，附帶地降低廢熱的產生，進而減小元器件的體積同時能提高效率。
近期美闊電子推出了一款全新的氮化鎵65W（1A2C）PD快充充電器方案，該方案采用同系列控制單晶片：QR一次側控制IC驅動MTCD-mode GaN FET(MGZ31N65-650V)、二次側同步整流控制IC及PD3.0協議IC)可達到適優匹配。
1A2C-65W氮化鎵（GaN）快充方案，快充方案支持90~264V寬輸入電壓，輸出支持5V/3A，9V/3A，12V/3A，15V/3A，20V/3.25A，內置MGZ31N65-650V氮化鎵開關管；采用PD3.0協議IC。
該方案能夠有效降低寄生參數對高頻開關的影響，獲得更高的轉換效率和更優秀的可靠性；實現“更高效率，更大功率，更小體積，更低發熱。”采用了智能溫控技術做到了“大功率下更小體積、更好溫控”支持多種充電模式，對不同的設備功率略有不同，USB-C接口實際較大輸出功率為65W。
展開 2020年，當大部分快充電源廠商還在探索65W氮化鎵快充市場時，倍思開創性地推出了業界首款120W氮化鎵+碳化硅快充充電器。也正是這款產品，第一次將“碳化硅快充”從設想變為現實，開啟了碳化硅在快充領域商用的大門。
圖1：SMBF封裝碳化硅肖特基二極管
針對PD快充“小輕薄”的特點，碳化硅功率器件領先企業基本半導體在國內率先推出SMBF封裝碳化硅肖特基二極管，該產品具有體積小、正向導通壓低和抗浪涌能力強等特點，能很好地滿足PD快充對器件的特殊需求。
圖2：基本半導體SMBF封裝碳化硅二極管發布會
更小體積
在PD這種極度緊湊的應用中，PCB面積極其珍貴，超薄型PD快充通常優先選擇厚度低于2mm的表貼器件。
展開 本電源模塊是65W單一C界面，其輸出電壓由協議IC可以控制5V/3A, 9V/3A, 15V/3A, 20V/3.25A等電壓輸出，使用QR/DCM反馳式電路架構于輸出20V重載時可達93%效率及功率密度可達1.5W/cm3，本系統采用同系列控制單晶片：QR一次側控制IC驅動MTC D-mode GaN FET(MGZ31N65-650V)、二次側同步整流控制IC及PD3.0協議IC)可達到較佳匹配。
PCB 布局圖:
GaN/氮化鎵作為第三代半導體材料經常被用在PD快充里面；氮化鎵（GaN）擁有極高的穩定性，將GaN用于充電器的整流管后，能降低開關損耗和驅動損耗，提升開關頻率，附帶地降低廢熱的產生，進而減小元器件的體積同時能提高效率。
EMI濾波器(EMI小板) :
為了符合CISPR22B/EN55022的標準，需設計合適的濾波電路，例如共模電感(LM1/LM2)、X電容(CX1)、Y電容(CY1)、濾波電感(L1)且配合電流較佳回路達到較好的EMI效果，EMI小板設計主要是降低電磁干擾。
USB PD3.0 (協議小板) :
協議小板主要是采用協議芯片SC2151A設計，其由受電端發出電壓需求給協議IC后，控制主板改變輸出電壓，本協議必需符合 PD3.0之協議。
本協議芯片支持
-支援 DFP / UFP / DRP USB PD 3.0
-內鍵PD 3.0協議
本報告內容包括65W1C電氣規格、線路圖、BOM、主變壓器設計參數、線路布局，是效能量測及EMI測試結果。
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快充里面；氮化鎵（GaN）擁有極高的穩定性，將GaN用于充電器的整流管后，能降低開關損耗和驅動損耗，提升開關頻率，附帶地降低廢熱的產生，進而減小元器件的體積同時能提高效率。
PCB 布局圖:
GaN/氮化鎵作為第三代半導體材料經常被用在PD快充里面；氮化鎵（GaN）擁有極高的穩定性，將GaN用于充電器的整流管后，能降低開關損耗和驅動損耗，提升開關頻率，附帶地降低廢熱的產生，進而減小元器件的體積同時能提高效率。
GaN/氮化鎵作為第三代半導體材料經常被用在PD快充里面；氮化鎵（GaN）擁有極高的穩定性，將GaN用于充電器的整流管后，能降低開關損耗和驅動損耗，提升開關頻率，附帶地降低廢熱的產生，進而減小元器件的體積同時能提高效率。
GaN/氮化鎵作為第三代半導體材料經常被用在PD快充里面；氮化鎵（GaN）擁有極高的穩定性，將GaN用于充電器的整流管后，能降低開關損耗和驅動損耗，提升開關頻率，附帶地降低廢熱的產生，進而減小元器件的體積同時能提高效率。
PD快充，全稱又叫USB-PD，是由USB-IF組織制定的一種快速充電規范，是目前主流的快充協議之一，充電接口是以Type-C接口輸出的方式，但不能說有Type-C接口就一定支持USB-PD協議快充。
GaN/氮化鎵作為第三代半導體材料經常被用在PD快充里面；氮化鎵（GaN）擁有極高的穩定性，將GaN用于充電器的整流管后，能降低開關損耗和驅動損耗，提升開關頻率，附帶地降低廢熱的產生，進而減小元器件的體積同時能提高效率。
不過這個最大的120W功率輸出只能基于小米私有協議，也就是說，其它的手機或者設備在使用USP PD快充協議下最大功率只有65W。
威兆半導體的輸出VBUS開關管（VS3698AE），NMOS，耐壓30V，導阻3mΩ。
然后再來看平面變壓器小板上的一些元器件。
國內第三代半導體器件已經迅速進入了新能源汽車、光伏逆變、5G 基站、PD 快充等應用領域，碳化硅主要應用在新能源汽車和工控等領域，氮化鎵器件主要應用在5G基站等領域。2020 年我國第三代半導體產業電力電子和射頻電子總產值超過 100 億元，同比增長 69.5%。
對于像蘋果這樣只支持PD協議快充的設備，如果使用安卓這些所謂的“高功率”充電頭，最終導致的結果就是只能以“最低”功率來充電，對于Macbook Pro這樣的設備自然而然就無能為力了。
2021年10月，蘋果推出了旗下首款氮化鎵技術充電器，并在全球范圍內率先支持USB PD3.1快充標準，一舉刷新了USB PD充電器單口輸出最高功率，達到140W。相比傳統硅器件，氮化鎵快充能夠顯著提升充電速度，并降低系統待機狀態的電量消耗，在這個萬事都離不開手機的時代，完美得滿足了人們“充電2分鐘，通話兩小時”的需求。
