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打破外企垄断核心器件:首款国产氮化镓快充主控芯片问世
2020-07-13 19:07:59  出处:充电头网  作者:zun 编辑:万南   点击可以复制本篇文章的标题和链接

充电头网近日获悉,苏州美思迪赛半导体技术有限公司(MIX-DESIGN)推出了一款氮化镓快充主控+栅极驱动器SOC芯片MX6535,使其成为了国内首家掌握氮化镓控制及驱动技术的公司,并在全球范围内成为继美国TI和安森美之后的第三家推出氮化镓驱动及控制器的公司。这也是国内首颗具备量产条件的氮化镓快充主控制芯片,打破了国内没有氮化镓控制IC和驱动IC的局面。

而且相对于安森美NCP1342而言MX6535集成度更高,它无需搭配Fairchild的FAN3111驱动IC来驱动GaN器件,也就是说MX6535除了控制器外还集成了栅极驱动电路,从而单颗IC即可直接驱动GaN器件。

据悉,目前美思迪赛半导体采用MX6535已经对市面上主流的氮化镓功率器件进行了适配应用,均可充分发挥氮化镓器件高速低损耗的优势,实现94%以上的转换效率,为目前主流小体积、高效率的市场趋势提供优秀的解决方案。

一、美思迪赛半导体发布国内首颗氮化镓控制器+驱动器SOC

美思迪赛MX6535是一款专为氮化镓或者超级硅等高速功率器件设计的控制器和驱动器,在驱动速度和驱动功耗上重点做了设计优化,以更加适用于要求高性能、小尺寸的快充电源设计及应用。

采用高性能电流模式的准谐振(QR)控制架构,并针对氮化镓器件的特性采用了抗干扰能力更优的数字控制技术,同时优化了相关的保护功能,以便让系统更加可靠的运作。

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美思迪赛MX6535可以实现精准的多级恒压和多级恒流调节,而无需传统的二次电流反馈电路;采用美思迪赛第二代Smart-Feedback技术,它不仅消除了传统电源的电压电流反馈电路补偿网络的需要,并能在所有操作条件下宽范围输出时(3.3V~20V)保持系统稳定性。

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MX6535与同样出自美思迪赛半导体集成同步整流的二次侧快充协议SOC控制器搭配设计,能非常方便的实现18W~100W的USB PD或者QC小体积的快充电源设计,内部先进的数字控制系统可根据手机的输出能力请求实现快速平稳的电压和功率转换。此外MX6535还可以根据用户需求实现兼容联发科(MTK)PE2.0 plus充电器协议。

美思迪赛MX6535具备全面的保护功能和故障解除系统自动恢复功能,包括逐周期电流限制、不同输出电压自适应的过电压保护、反馈回路开路保护、芯片内外部OTP功能等。

二、美思迪赛65W氮化镓快充方案上手体验

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与以往常见的65W氮化镓充电器PCBA不同,美思迪赛提供的这套方案近采用了一块PCB板设计,没有小板设计,超高的集成度看起来非常精简。该方案正面元器件布局紧凑,输入端设有保险丝、滤波电容、整流桥、共模电感等器件;居中为变压器,变压器和次级电路之间采用麦拉片做初次级绝缘和隔离;同样超高集成度的次级协议+同步整流控制器允许输出端只需极小空间即可,边缘设有一颗同步整流MOS,USB-C接口居中设置、两颗固态电容用于输出滤波。

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一颗输出抗干扰Y电容横跨在初级和次级之间,固态电旁边还有一颗输出VBUS管。

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PCB板背面设有麦拉片,并贴有一款金属散热片。据美思迪赛工程师介绍,该方案基本是按照量产的要求进行的电路设计,在调试完毕之后即可直接套上外壳出货,大大缩减了快充工厂的开发成本以及上市周期。

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PCB板面积仅相当于两个硬币大小。

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美思迪赛65W 氮化镓快充方案体积看起来比苹果18W快充更的娇小。

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与小米65W氮化镓相比,两者宽度和厚度相当,且美思迪赛65W氮化镓快充方案长度更短,体型更加迷你。

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该方案可以直接装入老款乐视24W充电器的外壳中,且余量充足。

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美思迪赛这套65W氮化镓快充方案的PCB板背面元器件数量非常之少,我们知道把一件简单的事情做复杂是容易的,但是把原本复杂的事情做到很简单,那是不简单的。这极其精简的外围,除了MX6535的超高集成度(内部集成控制器和GaN驱动器)外,还得益于该公司特有的数字控制系统及Smart-feedback技术,目前该公司的Smart-feedback已经发展到第二代,可以提供更加优异的性能。这也符该公司一贯的产品特点和研发理念。

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初级侧和次级侧之间采用镂空绝缘,同时也可以方便插入麦拉片增加绝缘性能。 

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得益于内置了氮化镓控制器和驱动器,所以美思迪赛MX6535相比市面上常见的安森美氮化镓控制器而言,集成度更高,也更适合利于小型化电源的设计和开发。

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该方案搭载的GaN功率器件来自国产氮化镓供应商–英诺赛科,型号INN650D02,耐压650V,导阻低至0.2Ω,符合JEDEC标准的工业应用要求。INN650D02 “InnoGaN”开关管高频特性好,且导通电阻小,适合高频高效的开关电源应用,采用DFN8*8封装,具备超低热阻,散热性能好,适合高功率密度的开关电源应用。

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据充电头网了解,INN650D02 “InnoGaN”开关管基于业界领先的8英寸生产加工工艺,是目前市面上最先量产的先进制程氮化镓功率器件,这项技术的大规模商用将推动氮化镓快充的快速普及。

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次级侧采用一颗同样出自于美思迪赛半导体的另一颗超高集成度的SOC芯片,型号为MX5420。这颗芯片的最大特点是其在一个引脚极少的SOP-10的封装内同时放进去了快充协议识别控制和同步整流控制器。协议方面除支持USB PD3.0规范外,还兼容QC3.0、华为FCP、三星AFC,展讯SFCP以及BC1.2、Apple 2.4A等快充协议;并内置了手机移除后快速放电电路。

这是目前为止我们看到的业界引脚最少的同时集成同步整流控制器和PD3.0等丰富快充协议控制器的SOC芯片,而且从相关的兼容性测试结果来看,这颗芯片有着非常优异的快充协议兼容性,这也可以从侧面反映出美思迪赛半导体强悍电路整合及研发实力。

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MX5420搭载了美思迪赛半导体专有的Smart-Feedback技术,采用数字算法把传统初次级电压及电流RC环路补偿网络直接省去。同时因为Smart-Feedback加持,没有传统反馈环路系统不稳定的问题,工程师在采用MIX-DESiGN美思迪赛MX5420设计时不需要要考虑难调的环路增益和反馈裕度,因此得益于该公司Smart-Feedback的技术,除了电路能更加简洁,同时更大大节省工程师的开发时间和成本。

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将美思迪赛65W氮化镓快充方案装入外壳进行简单的上电测试,ChargerLAB POWER-Z KT002检测到该方案支持Apple2.4A、Samsung5V/2A、QC3.0、QC2.0、DCP、AFC、FCP等多动协议。

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PDO报文显示,该方案支持USB PD3.0 PPS协议,其中固定电压输出档位为5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/3.25A;PPS电压档位为3.3-21V/3A。

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使用这套方案ANKER 60W移动电源充电,显示电压20.39V,电流2.9A,充电功率约为59.3W,移动电源接近全速充电。

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给iPhone 11 Pro Max充电,显示电压9.28V,电流2.08A,充电功率约为19.4W,正常进入USB PD快充。

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给三星S20 Ultra充电,显示电压9.29V,电流1.51A,充电功率约为14.1W,正常进入USB PD快充。

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给小米10 Pro充电,显示电压5.21V,电流2.79A,充电功率约为14.6W,正常进入USB PD快充5V充电模式。

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给华为P30 Pro充电,显示电压9.27V,电流1.26A,充电功率约为11.7W,正常进入USB PD快充模式。

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给魅族17 Pro充电,显示电压9.28V,电流2.03A,充电功率约为18.9W,正常进入USB PD快充模式。

充电头网总结

美思迪赛半导体已经在传统AC-DC电源市场耕耘了多年,在台北、上海、苏州均设有研发部门,近年来在数模混合设计积累了丰富经验,也是业内为数不多的有能力在电源初、次级IC同时做设计优化的半导体公司。据了解,美思迪赛半导体在传统的AC-DC非快充市场已取得不错占率和口碑,并已成为了多个知名手机品牌标配快充电源的的主力芯片供应商。

美思迪赛MX6535的发布,使其成为了国内首家掌握氮化镓控制及驱动技术的公司,并在全球范围内成为继TI和安森美之后的第三家推出氮化镓驱动的公司。打破了外企长期以来对氮化镓控制和驱动器的垄断地位,大大加速了氮化镓快充技术的本土化进程。

从搭载美思迪赛MX6535的氮化镓快充方案来看,虽然具备最大65W的输出能力,但整体方案的体积非常小巧。这一方面得益于MX6535内置了氮化镓驱动,并消除了传统的二次反馈电路;另一方面也得益于搭配了自家的次级芯片MX5420,内置同步整流控制器和协议识别,并通过数字算法把传统初次级电压及电流RC环路补偿网络直接省去,而且亮点是MX5420完成所有快充复杂的功能的同时竟然然只有区区10个PIN脚。

美思迪赛半导体这套氮化镓快充方案具有非常强的竞争力。其特点就是,仅需要一块小PCB板就能实现65W输出,打破了传统氮化镓充电器内部复杂的结构设计。开发更简单、用料更精简、综合成本更低。可以想象以MX6535的超强竞争力,将在未来的氮化镓市场赢得不错的市场份额。

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