【应用】基于GaN FET高效率小体积的60W PD快充方案
基于Type-C协议的PD快充是目前充电器的优选，传统的PD快充通常采用Si MOS作为主开关器件，其开关频率一般低于100kHz，相应的磁性元件体积较大，整机功率密度和效率较低。针对以上问题，本方案采用GaN FET作为主开关器件，并搭配高效的同步整流IC、低导通损耗的整流桥、高可靠性保险丝和多协议PD控制芯片等器件，实现基于GaN FET高效率小体积的60W PD快充方案的产品设计。
本方案系统原理框图如下：
在60W的PD快充DEMO中，基于原理图中的GaN FET器件，结合同步整流IC、整流桥、保险丝和PD协议控制芯片，在230VAC输入，20V/3A输出的条件下，其效率可高达94%，相对于Si MOSFET方案，带来了2%左右的性能提升。整个产品尺寸非常小，长宽高是31mm*31mm*60mm，功率密度高达18W/in3。
基于PD快充高效率小体积的需求，主开关管可采用英诺赛科的氮化镓（GaN）INN650D02，规格为650V/11A，其导通电阻最大仅200mΩ，Qg低至1.5nC，超小封装DFN 8x8，可实现100KHZ以上的超高开关频率，减小变压器体积。另外其导通损耗极低，且反向恢复损耗Qrr为零，可实现PD高效率设计。
为实现PD快充输出整流效率的最大化，同步整流电路采用伊凡微的紧凑型二次侧同步整流驱动器AP402，其支持DCM，QR和CCM模式，而且无需辅助绕组供电，具有16ns快速关断延迟，且静态电流小于220uA，自适应的栅极驱动可实现最大效率。
为实现PD快充小型化设计，整流桥需要低导通压降、贴片式小体积封装。整流电路可采用扬杰科技的贴片式整流桥YBSM4010，1000V/4A，其Vf低至1V，体积是10mm*10mm。导通电压低，体积小，在60W快充应用上，采用2PCS贴片方式降低器件温升且依旧可保持产品的小体积设计。
在PD快充设计中为了实现灵活安装和合理布局，需求保险丝占用空间小，且可根据快充的空间随意布局安装。输入端采用LITTELFUSE的TE5延时型保险丝39213150000，250VAC/3.15A插件式方型保险丝，体积小，适合小型化设计，低内阻，防震外壳，无卤素，无铅，符合RoHS要求，可随意折弯安装，应用可靠性高。
PD快充需要支持USB Type-C和PD3.0的协议芯片，芯海科技的CS32G020系列控制芯片，可以支持PD3.0、PPS、QC4+、FCP、SCP、AFC、VOOC多种快充协议，目前是国内唯一通过了USB IF协会PD3.0双向认证的芯片，充电和放电均通过验证测试，是60W PD快充的首选控制芯片。
基于GaNFET高效率小体积的60WPD快充方案
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IR@125℃IR(uA)
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RθJA(℃/W)
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Tj（℃）
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应用等级
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G1AQ
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整流二极管
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50
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1
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