USB PD大功率快充移动电源中的N沟道MOS管

VBsemi

一、快充与场效应管

消费电子市场的火爆场面拉动了快充的内需，而快充的兴起也带动了MOSFET的需求增长。

用于整流同步的MOS管，可以保证在快充电源提高电压来达到高电流高功率充电时的用电安全性。而低电压高电流充电的“闪充”对整流同步的MOS管要求更为严苛，MOS管用量也呈上升趋势。

【预计2022年全球充电器市场规模，图数据源自未来智库】

目前锂电材料及储能研究技术步伐仍无法跟上人民依赖电子设备程度的增长，电子设备的续航问题没有大的突破性进展，快充的兴起就显得尤为重要。市场为了解决各家不同快充技术的使用局限性，推出USB PD协议来统一快充技术。

2020年5月，Wei YongXiang设计了一款符合USB PD协议的快充移动电源，采用三段式充电和四开关管升降压电路，并且选用了我们VBsemi微碧半导体的场效应管，实现了兼容性强的大功率快充功能，充放电效率大于等于93.3%，具有外围器件需求小，电转换效率率高，延长锂电池寿命等优点。

【USB PD快充移动电源结构图】

二、系统电路设计

主电路部分设计参数

• 最大充电功率：90W（20W/4.5A）
• 最大输出功率：65W（20V/4.5A）
• 电池组：四节锂电池串联
• 控制核心：数字电源管理SOC芯片EDP3010
• 电感L＞13.8μF
• 电容：22μF贴片电容*3，35V耐压120μF固态电容
• 开关电源电路采用四开关Buck-Boost电路结构
  

【四开关升降压主电路】

Mos管的选择条件：

• l 承受耐压20V
• l 承受最大电流＞9A
• l 导通电阻较小
  

文中选用的MOS管是VBsemi微碧半导体的产品VBQA1302，VDS=30V，Rds（on）=1.8mΩ。微碧还有其他型号的产品可供选择。

可选用的功率场效应管：

①VBQA1302

②VBQA1303

③VBQA1301

④VBZQA120N03

⑤VBZQA80N03

【可选用的VBsemi微碧MOS管型号】

下面是文献中提到的系统其他部分的电路图

【type c端口监测模块】

【锂电池保护模块电路图】

【给控制核心供电的辅助电源模块电路图】

三、微碧半导体MOS管封装及应用

微碧半导体企业主要产品的封装有：SOP-8 、TO-220（F）、TO-263、TO-247、TO-252、TO-251、SOT-23、SOT-223、SOT-89、QFN、AO3400、IRF540、IRF630等系列封装产线。

【微碧部分MOS管产品封装】

广泛应用于3C数码、安防设备、测量仪器、广电教育、家用电器、军工/航天、可穿戴设备、汽车电子、网络通信、物联网IoT、新能源、医疗电子、照明电子、智能家居、电脑主板显卡、MID\UMPC 、GPS、蓝牙耳机、PDVD、车载DVD、汽车音响、液晶显示器、移动电源、手机电池（锂电池保护板）、LED电源等产品。微碧半导体有限公司以饱满的激情，拼搏务实的干劲，不断创新进取，致力于为客户群体打造出一座高效、便捷、直通、优质的服务桥梁。

四、参考文献

[1]魏永祥. USB_PD协议快充移动电源设计[D].南华大学,2020.

[2]俞德军. 基于USB TYPE-C协议的大功率智能电源技术研究[D].电子科技大学,2018.

[3]孙丽,史册.锂离子电池快充技术的研究进展[J].电源技术,2017,41(07):1085-1088.

[4]程奔宇.浅析快速充电技术在智能手机的应用[J].科技创新与应用,2014(17):33-34.

[5]丁成功,王升鸿.便携式移动电源的研究与设计[J].伺服控制,2013(04):67-69.

[6]未来智库,功率半导体行业深度报告：涨价潮与国产替代驱动业绩增长