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2022年，相信大家对氮化镓充电器已不再陌生。氮化镓充电器在消费电子市场的成功说明了目前整个氮化镓行业的制造工艺和相关器件的性能得到了充分的验证，相比传统充电器，为什么氮化镓充电器功率能做的那么大，体积那么小？功率密度提升的秘密在哪？本文通过拆解一款联想小新CC100的双C口氮化镓充电器来探究真相。
拆解
拆解后的实物如上图所示，因为CC100氮化镓充电器外壳是通过波峰焊工艺结合的，所以采用的是暴力拆解的方式。从电源模块覆盖的纯铜散热片以及石墨散热贴纸可以看出这个电源模块的散热措施十分扎实。观察下来，整个电源模块的电路拓扑结构非常清晰：一次侧，EMI滤波网络，PFC升压电路、氮化镓开关电源电路；二次侧则是同步整流宽电压输出，更进一步的升降压双C口输出电路。具体看下每个部分的电路和芯片。
EMI滤波网络
这块小板上主要是EMI滤波网络和经过整流桥后的滤波网络。
PFC电路
这个小板是PFC电路中的开关MOS管、整流管以及背面两颗高压滤波电解电容（冠坤，规格都是420V 47μF）。开关MOS管采用的是东微半导体的NMOS管（型号：OSG60R108JZF），具有极低的开关损耗，导阻只有108mΩ。整流管则采用的是瑞能的超快速恢复二极管，600V的耐压，9A的正向电流。
开关电源
这块主板牵涉了各部分的电路，两颗整流桥（丝印：MRS30M），用于均摊散热。
PFC控制器为昂宝电子的的OB6566。
开关电源的主控芯片采用安森美的准谐振PWM控制器（NCP1342），用于驱动英诺赛科的氮化镓功率MOS管（INN650D02）。作为氮化镓充电器的主角，这是一颗增强型的功率MOS管，具有超高的开关频率，且具有极低的导通电阻，仅有200mΩ。
在实际的设计中，使用安森美NCP1342控制器+英诺赛科的氮化镓功率MOS管组合的电路方案可以额外加上驱动IC（FAN3111E），以实现氮化镓MOS管的高速驱动，无论是驱动速度，还是驱动信号稳定性都有较大的优势，同时也可以减小产品驱动信号PCB 设计的难度，从而实现高功率密度的开关电源应用。
氮化镓开关电源的整流输出采用了东科的高性能同步整流芯片（DK5V100R05M），只有两个引脚，分别对应肖特基二极管PN管脚，芯片内部集成了100V NMOS功率管，可以大幅降低二极管导通损耗，提高开关电源效率，可以作为目前市场上同等规的肖特基整流二极管的代替料。
两颗兆龙的高速光耦（CT 1018），用于反馈输出电压和隔离保护功能。
USB PD输出电路
作为一款基于氮化镓功率芯片的快充，虽然氮化镓驱动电路非常重要，但是USB PD控制充电作为充电器的最后一环，同样是充电器的核心。
USB PD控制板正面设有降压电感、滤波电感、电容以及USB C接口。
背面有同步升降压控制器与四颗MOS管组成的二次调压电路，升降压控制器采用南芯的同步4管升降压控制器（SC8703），四颗MOS管（R03N041AP），用于输出同步整流升降压。
两颗USB PD协议芯片，昂宝电子的USB PD控制器（OB2613），支持PD协议和输出电压反馈调节。这颗芯片符合USB PD3.0规范，也支持PPS模式，基本支持市面上各个厂商的快充协议，像高通、联发科、华为、苹果、三星等，通过预留的GPIO设置可支持A+C口的双口快充设计，比起目前双C口的输出设计，适用性更广。配合USB PD芯片工作的还有四颗输出保护管，万代的P沟道MOS管（AONS21357），实现双口盲插功能。
所以联想小新氮化镓充电器的基本电源拓扑结构是：充电器PFC升压电路采用昂宝PFC控制器（OB6566）+东微MOS管（OSG60R108JZ）以及瑞能超快速恢复二极管（BYV29D-600P）；开关电源电路采用安森美准谐振控制器（NCP1342）+英诺赛科氮化镓功率芯片（INN650D02）以及东科高性能同步整流芯片（DK5V100R05M）；输出端C口采用昂宝USB PD控制器（OB2613）+南芯（SC8703）同步升降压转换器以及万代MOS管。
拆解中所涉及到的元器件具体的BOM如下表：
| 厂商 | 产品型号 | 说明 |
| 英诺赛科 | INN650D02 | 氮化镓功率MOS管 |
| 安森美 | NCP1342AMDCD | 准谐振反激式PWM控制器 |
| 兆龙 | CT1018 | 高速光耦 |
| 东微 | OSG60R108JZ | N沟道MOS管 |
| 瑞能 | BYV29D-600P | 超快速恢复二极管 |
| 万代 | AONS21357 | P沟道MOS管 |
| 昂宝 | OB2613 | USB PD控制器 |
| 昂宝 | OB6566 | PFC控制器 |
| 南芯半导体 | SC8703 | 高效升降压DCDC控制芯片 |
| 东科 | DK5V100R05M | 同步整流管 |
小结
了解了这个电源的硬件方案和拓扑结构，我想从另一方面谈谈这个快充。回到一开头的问题，“为什么氮化镓充电器功率能做的那么大，体积那么小？”
原因还是在于功率密度的提升。比如在这个充电器上，加入了氮化镓功率器件、加入了PFC电路。氮化镓MOS管可以在不增加开关损耗的同时实现较高的开关频率，更高的开关频率意味着设计人员能够缩小电源系统中磁性元件的尺寸、重量和数量，进而减少整个充电器的体积。而PFC电路的加入有异曲同工之妙。 PFC起先是为了提高功率因数，减小大功率充电器中大容量电解电容充电时的冲击电流对市电的影响，在3C认证的电源产品中，这是一种强制的行为。但在实际电路中，PFC电路将整流后的电压升压，减小了初级电容的体积，相应的也提升了充电器的功率密度。举一反三，如果联想小新这个充电器的PFC升压电路中使用氮化镓功率器件拓扑，而氮化镓功率器件的反向恢复损耗为零，因此可以进一步提升PFC的效率，当然，这是不顾成本追求极致的情况。毕竟，现实中，企业都需要考虑投入和产出比。最后我想用一句话作为本视频的结尾，氮化镓充电器为什么能这么火？如果你记不住上面的内容，那你只需记住“因为我们离不开电源，并且我们在不断地追求更好的电源系统”。
