前言
在电源领域，集成度的提升和数字化控制一直是技术发展的一个重要趋势。随着电子设备向小型化、轻量化和高效能方向发展，电源芯片的高集成度设计成为了满足市场需求的必然选择。美思半导体顺应趋势推出了该公司的第三代产品SimpleGaN 系列初次级单芯片全集成的氮化镓合封快充方案，一颗芯片将初次级所有的控制芯片及功率器件全集成，真正做到单芯片All in one，并基于此设计了65W、30W快充电源，以满足客户需求。
本期为大家带来的是美思半导体SimpleGaN系列，30W氮化镓电源方案解析，DEMO使用的型号是MSG68003器件，单芯片内部集成了初级控制器+高压GaN器件+次级SR控制器+SR MOSFET+协议控制器，芯片内部基于DSP数字控制核心设计，具有超强的功能扩展性及抗干扰能力。如此高的集成度使其在节约空间、简化设计、提高可靠性以及成本效益等方面拥有显著优势，并且设计的DMEO非常小巧，也正符合时下市场对迷你快充的需求。下面我们就一起来具体了解下。
美思半导体30W氮化镓电源DEMO外观
美思半导体30W快充DEMO由两块小PCB板组成，分别焊接贴片保险丝、共模电感、整流桥、变压器、滤波电容等器件。模块整体设计得非常的小巧，非常符合时下快充市场需求。
底部小板背面设有美思半导体最新智能快充SOC以及一颗输出VBUS开关管，主控芯片拥有超高集成度，达到目前业界领先水平。
另一块小板上并没有光耦等常见器件，可见基于美思半导体这套方案设计时并不需要外置光耦或磁耦，进一步提高可靠性，并降低成本。
实测PCBA模块长度为27mm。
宽度为24.99mm。
厚度为23.66mm。通过三围算的PCBA模块的体积约为15.96cm³，功率密度约为1.88W/cm³。
另外测得DEMO重量约为21g。
给样品进行通电，使用ChargerLAB POWER-Z KM003C测得USB-C口支持FCP、SCP、AFC、QC3+/4+、PD3.0、PPS、DCP充电协议。
PDO报文显示还具备5V3A、9V3A、12V2.5A、15V2A、20V1.5A五组固定电压档位，以及5-11V2.7A一组PPS电压档位。
充电兼容性测试
兼容性测试环节可以清楚的得知充电器为各个设备的充电情况，充电头网会使用数十款设备搭配充电器进行测试，为读者呈现真实的测试数据。
将各主流终端设备的充电功率汇总至表格，可以看到手机、平板及笔电设备可握手9V、15V电压，笔记本设备充电功率基本跑满，最高可达28.88W。
将充电功率数值绘制为柱状图，可以看到，对 PD 快充更为友好的设备，其充电功率在21W-29W区间，其余设备则多数维持在17W-26W区间内，大多数品牌的手机基本上可以达到较理想的快充功率，兼容性表现不错。
温度测试
充电器是一种转换设备，充电过程中会有损耗，以热量的形式散发出来，所以充电器会发热。将美思半导体30W氮化镓电源放置于25℃的恒温箱中，以20V1.5A负载一小时后采集充电器表面的温度。（注：此次展示的是样品在没有做散热措施下的测试结果，若填充导热胶和导热垫，实际温度表现会更低。）
首先看看 220V 50Hz 电压输出下充电器温度表现如何。
一小时后，使用热成像仪拍摄的充电器表面最高温度为83.2℃。
充电器另外一侧表面最高温度为74.2℃。
再来看看 110V 60Hz 电压下温度表现如何。
一小时后，使用热成像仪拍摄的充电器表面最高温度为70.9℃。
充电器另外一侧表面最高温度为76.0℃。
将温度数据汇总成表格，可以看出充电器在两类电压下进行温度测试时，220V 50Hz 、110V 60Hz电压下的充电时温度在70.9-83.2℃，整体来看，220V电压下充电器负载温度会稍高一些，由于此次收到的电源方案为Demo状态，元器件与空气接触无任何灌胶散热，测试温度仅供参考。
美思半导体30W氮化镓电源方案解析
贴片保险丝额定电流3.15A。
共模电感外套热缩管绝缘保护，右侧设有一颗整流桥。
两颗高压滤波电解电容规格均为400V27μF。
这款30W快充DEMO核心方案来自美思半导体，采用MSG68003，是新一代的高性能和高集成度数字智能电源芯片，为单芯片快充解决方案。芯片内部集成了初级控制器+高压GaN器件+次级SR控制器+SR MOSFET+协议控制器，集成在单个封装内部，提升散热性能并降低厚度。
芯片搭载了美思半导体自主知识产权的Burst-Sense隔离通讯技术，能省去传统的光电耦合器，以及器件复杂的反馈网络，同时Burst-Sense技术大幅度的提升了动态响应速度。让芯片系统外围极简的同时兼顾了更智能，更可靠，更稳定的系统反馈性能。芯片内部还集成了DSP运算核心，支持产品功能扩展，进行系统验证和测试，大幅度提升迭代速度和能力。
通过内置的控制器，在整个电源为空载或者没有设备接入的情况下，系统会进入深度睡眠模式降低功耗，睡眠模式下待机功耗小于4mW。芯片内部还集成了协议功能，支持主流的快充协议，并支持通过外部引脚配置，支持定制快充协议。MSG68003采用Mssop20封装，支持36W输出功率。
美思半导体 MSG68003 资料信息。
主控芯片供电电容规格为100V4.7μF。
变压器焊接在一侧小板上。
输出滤波固态电容来自永铭，规格为25V680μF。
输出VBUS开关管特写，丝印060N030A。
充电头网总结
美思半导体新一代AC/DC电源供应控制系统SimpleGaN系列支持22-66W功率应用设计，可覆盖手机、平板、笔电等主流电子设备的供电需求，并且美思半导体也相继推出了65W、30W氮化镓电源DEMO供客户参考设计和测试，以助力产品加速上市。
该平台仅需单一芯片即可集成快速充电系统的所有功能，是一款采用高度智能化数字技术设计的AC-DC快速充电电源芯片。其大幅减少了电路板上的元件数量以及占板面积，有助于实现更紧凑的电源设计并降低系统成本，降低工程师的设计难度。
并且高集成度还可以优化内部信号路径，减少寄生效应，提高电源转换效率和响应速度。不仅如此，该器件集成的是GaN器件，其高频特性使得开关频率可以更高，从而减小了被动元件（如变压器和电容）的尺寸。从实测数据还能看出，方案还拥有优秀的温升表现和兼容性。