南芯推出一站式高集成度PD快充解决方案
2022年8月16日，2022（夏季）亚洲充电展在深圳成功举办，展会同期还举办了2022（夏季）USB PD&Type-C亚洲大会，并邀请了17位行业大咖现场与大家探讨USB PD&Type-C的应用与未来发展，为大家分享最新的第三代半导体技术以及高效率快充电源解决方案。
南芯科技AC-DC系统应用工程师发表了《南芯半导体PD快充方案》为主题的分享，对南芯科技在合封氮化镓芯片，同步整流及协议芯片和用于大功率快充的高功率因数PFC控制器等快充领域的产品布局进行了深入的介绍。
南芯科技是一家可以提供PD快充全套解决方案的供应商，本次介绍分为三个部分，分别为南芯AC-DC全套解决方案介绍，南芯高集成度氮化镓解决方案和南芯科技新推出的高功率因数PFC控制器介绍。
首先进行的是南芯科技AC-DC解决方案概述。
南芯科技针对市场上大功率PD快充的需求，推出了一款支持DCM和CRM应用的PFC控制器，型号SC3201，采用SOT23-6封装。
南芯科技的次级侧反馈控制器涵盖了高频QR控制器以及支持低压CCM的控制器，作为南芯科技SC302X系列高频QR控制器的扩展，南芯科技从去年开始推出了一系列氮化镓Combo的方案，根据不同功率分为SC3057，SC3056和SC3055A，SC3055及SC3054，提供高性价比的高集成度方案。
在CCM控制器中，南芯科技SC3005支持高压启动，SC3002支持BOOST供电，SC3001则采用SOT23-6封装设计，为不同的应用提供多种解决方案。
南芯科技同步整流分为内部集成同步整流管的芯片产品和控制器产品，其中SC3520是一颗支持氮化镓驱动的同步整流控制器，适用于全氮化镓的快充解决方案。
南芯科技的协议芯片也分为两种：支持多口快充应用的协议芯片和集成环路补偿的协议芯片。其中SC2151A和SC2021A均内置补偿网络，无需外置CCCV环路和RC补偿网络，外围简单。SC2151A可用于单口输出，SC2021A可用于1C1A双口输出。
以上为南芯科技AC-DC产品线整体介绍。
第二部分是南芯科技高集成GaN解决方案的介绍。
氮化镓开关器件的引入，大大加快了PD快充的发展，为应对宽范围输出和氮化镓驱动的难题，南芯提出了两项专利技术，其中第一项技术是分段式供电，解决输出宽范围的供电问题，支持使用单辅助绕组，简化设计，降低辅助绕组电压及功耗损耗。
“另一项技术是氮化镓差分直驱，通过直驱可以进一步简化外围元件数量，相比传统方案减少外围器件14颗，进一步地将控制器，驱动和氮化镓器件和保护技术结合到一个芯片中，推出氮化镓Combo芯片，进一步简化外围元件，减少寄生参数对氮化镓高频开关的影响，充分发挥氮化镓的性能优势。”
南芯科技推出的氮化镓Combo产品系列不断扩展，新推出了ESOP7封装的氮化镓合封芯片系列，其中SC3055A，支持30W快充应用，SC3055支持25W及以下的场合，SC3054支持20W左右的场合。SC3057是一颗大功率的合封芯片，支持65W功率，搭配PFC应用时，支持90W+的输出功率。南芯科技现已推出20到65W范围的合封氮化镓芯片。
目前南芯科技的氮化镓合封芯片已应用于多款产品中，其中紫米35W 2C，紫米30W单口和倍思30W单口内部均搭载了SC3056，倍思67W 1C1A充电器中内置了SC3057，同步整流和协议也来自南芯科技，目前已经推出一站式快充解决方案。
南芯科技氮化镓Combo具有分区设计，将功率走线和信号走线分开，简化充电器布局和布线设计，可以方便的进行大面积敷铜散热。采用QR+DCM工作模式，内置完备的保护功能，如内置OTP，外置NTC，支持过载保护，次级过压保护，逐周期过流保护，同步整流管短路保护和供电过压保护。另外还集成了分段式供电，使用单绕组即可满足宽电压范围输出。
南芯科技SC3055内置650V 650mΩ氮化镓开关，支持分段式供电，通过SW引脚外置电感实现分段式供电。工作频率最高为135KHz。SC3055采用ESOP7封装，外围元件个数很少，能显著简化小功率的充电器设计，并内置完备的保护功能。
图为南芯科技SC3055的应用电路图，支持20W输出功率，输出支持5V3A，9V2.22A和12V1.67A，输入端无需使用BOOST供电，由辅助绕组直接供电，可以进一步简化原边供电设计。
变压器采用EE15磁芯，同步整流采用60V耐压的SC3512，内部集成10mΩ同步整流管。协议芯片采用SC2151A，内置环路补偿，无需外置补偿网络，外围简单。
南芯科技SC3055 DEMO，尺寸为24.3mm*24mm*23mm，板端功率密度达到1.49W/cm³。DEMO采用两块PCB焊接组成，整流桥和输出协议芯片焊接在一块PCB上，氮化镓合封芯片焊接在另外一块PCB上，有效利用空间，避免积热，降低散热压力。
南芯科技SC3056是一颗支持33W的氮化镓Combo芯片，工作频率支持到175KHz，同样支持分段式供电，采用DFN5*6封装，小巧的封装减小空间占用。
图为南芯科技SC3056 DEMO，尺寸为29mm*23.5mm*22.6mm，板端功率密度达到2.14W/cm³。DEMO采用三块PCB焊接组成，充分利用内部空间。
图为南芯科技SC3056的应用电路图，支持33W输出功率。供电引脚串联BOOST电感，在VDD电压较低时，可以升压为芯片供电，满足宽范围电压需求。当VDD电压高于11.2V时，关闭升压转换器，由辅助绕组供电。
同步整流采用SC3511A，芯片内部集成100V同步整流管。还可选择SC3503+同步整流管的方案。协议芯片采用SC2151A，内置环路补偿，无需外置补偿网络，外围简单。
南芯科技SC3056具有优秀的转换效率，在90Vac输入，20V1.65A满载输出时，板端效率可以达到92.2%以上，220Vac输入可达93%。
南芯科技SC3057是一颗大功率的氮化镓Combo解决方案，最高工作频率支持到175KHz，采用QFN6*8封装，支持分段式供电，内置165mΩ氮化镓开关管。
图为南芯科技SC3057 DEMO，尺寸为35.3mm*31mm*31mm，板端功率密度达到1.91W/cm³。DEMO采用两块PCB焊接组成，在PCB围成的空间内部焊接变压器和高压电容，充分利用内部空间。
南芯科技SC3057效率测试，在90Vac输入，20V3.25A满载输出时，板端转换效率可以达到92.7%以上，220Vac输入达到94.5%以上。
第三部分是南芯科技高功率因数PFC控制器的介绍。
为满足大功率快充的应用，南芯科技于今年新推出了一款CRM运行模式的PFC控制器SC3201，支持DCM，CRM模式，支持谷底开通降低开关损耗，PFC升压电感无需辅助线圈，具有高转换效率。具有极低的负载功耗和完备的保护功能，支持9-30V供电，满足中小功率的PFC应用，SOT23-6封装减小占板面积。
图为SC3201的典型应用电路，集成了两级独立的OVP电路，分别通过VFB和ZCD管脚实现，根据检测到的电压实现过压保护，实现高可靠性的保护。芯片内部还集成了Brown In/Out，简化时序设计，另外加入增益补偿功能，保证不同线电压下增益的一致性，便于环路调试。内置频率折返功能，兼顾效率和THD。
图为南芯科技推出的SC3201+SC3057+SC3503全套方案的100W电源适配器，这款适配器的PFC电感采用ATQ23.7磁芯，反激变压器采用ATQ2516磁芯，支持100W额定输出功率，峰值输出功率为120W。适配器方案的转换效率最高达到了94.3%，并且在满载全电压范围内，PF值均在0.9以上。尺寸为62mm*48mm*19mm，板端功率密度达到1.77W/cm³。
南芯科技100W DEMO空载待机功耗测试，在220Vac输入时，5V输出空载功耗为75mW，20V输出空载功耗为110mW。
100W DEMO效率测试数据，在90Vac输入，100W输出时，效率达到92.3%，在220Vac输入，满载120W输出时，效率达到94.3%。全输入电压范围内，满载的输入PF值都可以达到0.9以上。
充电头网总结
南芯科技现已完成PD快充全功率段的芯片布局，从PFC控制器，氮化镓合封芯片，同步整流芯片与同步整流控制器和协议芯片产品，实现了完整的一站式解决方案，具有外围器件简洁，集成度高，转换效率高等诸多优势，在市场上极具竞争力。
南芯科技的小功率合封氮化镓芯片，延续了大功率产品的功能优势，为20W及以上的小功率充电器带来了全新的氮化镓合封方案，助力打造更加小巧的快充。SC3201 PFC控制器可搭配SC3057合封氮化镓芯片，实现120W快充应用，满足大功率快充市场需求。
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