基于WAYON維安MOSFET高功率密度應用于USB PD電源由一級代理KOYUELEC光與電子提供技術選型和方案應用支持！

基于維安MOSFET高功率密度USB PD電源

隨著智能手機應用場景越來越多，智能手機電池容量日益增大，對充電器充電速度和功率要求越來越高。另外隨著Type-C端口的普及，筆記本電腦，PAD和手機可以共用一個充電器，筆記本電池容量和電壓較高，對充電器/適配器功率要求更高。

圖1 電池容量和充電器功率

圖2 TYPE C接口示意圖

本文介紹一款高頻高效PD65W超小體積USB PD方案。

具有以下特征：

★高功率密度（PCB板功率密度達29W/in3）；★高效率（滿足CoC V5 Tier2能效要求，高至93%）；★高頻率（開關頻率135kHz）；★使用平板變壓器和超結MOSFET顯著提升功率密度和性價比。

1.0規格

1.1輸入規格

輸入電壓90-264Vac輸入電流<1A輸入頻率?47-67Hz

1.2 輸出規格

輸出電壓/電流5V3A&9V3A&15V3A&20V3.25A輸出過流保護≥105%*Io輸出電壓紋波<150 mV(線端測試，并聯10uF電容，帶寬20MHz)平均效率?滿足?COC V5 Tier2能效要求開機延遲時間?<2s動態過沖/回勾?<5%*Vo（10%-90%負載，5ms/5ms,0.8A/us）

PCB板尺寸 長*寬*高：49.5mm*27mm*25.4mm

圖3 維安65W超小體積USB PD

2.0 方案設計

2.1 原邊設計

原邊PWM控制器采用Richtek最新的高頻ZVS控制器RT7790,支持最高135kHz開關頻率，能夠顯著降低變壓器體積，RT7790集成了雙向控制技術，采用脈沖變壓器實現雙向反饋信號，具有更高的效率和可靠性。RT7790具有掉電檢測功能的集成高壓啟動電路，集成X2電容放電能力，可實現更低的空載功耗。同時具備完善的保護功能。原邊功率開關管采用維安（WAYON）第二代先進的超級功率MOSFET WMZ26N60C2，它是采用先進的SuperJunction MOSFET,具有極低的寄生電容和導通內阻，另外維安推出的第三代超結工藝超薄封裝WMZ26N60C4，具有更低的寄生電容，可以得到更高的效率。

2.2 PDFN優勢

2.2.1 非常小巧

引腳面積64mm2相比 D2PAK 150mm2減小50%以上。相比D2PAK 4mm高度，PDFN高度僅1mm。引腳縮短60 %；高度減小80%；體積減小90%。

圖4 PDFN8*8 示意圖

2.2.2 非常小的寄生電感

圖5引腳寄生電感對比

相比傳統TO系列直插和SMD器件，PDFN 無引腳器件引腳寄生電感非常小。此特征可以顯著提高器件的開關速度。可以通過LTspice軟件仿真驗證。下圖使用并聯器件中模擬不同的寄生電感來對比器件開通和關斷速度。

圖6 不同源極（M2=10nH，M1=1nH）LTspice仿真開通波形圖

圖7 不同源極（M2=10nH，M1=1nH）LTspice仿真關斷波形圖

從圖6,7仿真圖可以看出，源極電感小的器件，開通和關斷速度明顯較快。

圖8 維安PDFN8*8主推物料列表

2.3 副邊設計

副邊控制方案使用Richtek最新的高集成度USB PD控制器RT7208E，其集成了SR控制器，ZVS控制和反饋環路補償，外圍極其精簡，支持QR/DCM/CCM等多種工作模式 ，集成ZVS控制器可以實現原邊功率開關的零電壓開通，顯著提升系統效率和減少電磁干擾。SR功率開關管采用WAYON第二代先進的SGT工藝功率MOSFET WMB060N10LG2,超薄的PDFN5*6封裝，阻斷電壓100V,導通電阻小于6mΩ，具有極低的導通電阻和優良的開關特性，很適合高頻化應用。

審核編輯黃昊宇