小米65W GaN充电器设计解析

创作立场声明：GaN 高频开关电源 是现代最先进的电源技术，希望有更多的朋友能享受到这份高科技带来的美好生活。

追加修改(2020-03-24 09:40:39):
感谢值友2072761404，提供的实测工作频率，低压250khz高压370khz 补充一下大家关心的工作温度问题。小米最高54度，毕亚兹最高55度，倍思60度。 倍思没有均热的铜箔或者金属，并且不能在海拔2000米以上，或者热带工作。而小米是海拔5000米以下，兰州以上的用户就不要考虑倍思了。 毕亚兹75x39x34mm 倍思75x36x32mm 小米56x30x30mm

作为一名专业的开关电源设计工程师。看到小米推出的65W GaN充电器的拆解图片之后是非常激动的。毫不犹豫的下单购买了两个。用行动表示了自己的支持。但是很多人并不了解小米65W GaN充电器设计的精湛之处。所以这里我就专门给大家从专业的角度点评一次。小米65W GaN充电器。

为什么是65W？

因为70W以上，为了符合国家对功率因数的要求，就不得不使用PFC主动功率因数校正电路了，体积就彻底压不住了。所以一般65W以上就直接做100W了。

这款DER-602 100W电源右下角就是PFC所用的变压器，可以看到和主变压器体积几乎没有任何区别了。

图片全部是从充电头之家网站盗图。我自己就不拆我自己的充电头了。

体积更重要还是发热更重要？

很多人可能觉得小米65W GaN充电器 的发热还是比较厉害的。认为小米65W GaN充电器的效率并没有想象中的这么高。其实你们可能不太了解者之间是可以转换的。

通过改变开关电源的工作频率这个中间变量，可以大幅度的缩小开关电源的体积。变压器，滤波电容，等等主要占体积的元器件都可以因为频率提高而缩小体积。

而提升频率的代价就是增加了开关次数，每次开关的损耗不变的前提下，功耗就这样增加了。GaN旗舰相对于传统的MOS管最大的优点其实是开关频率更高，和导通内阻更低。总而言之就是发热更小，速度更快。

小米65W GaN充电器 这次选用的是 GaNFast芯片，大家应该注意到了，这个芯片主打的就是高速开关，最高2Mhz的开关速度惊艳全球。以前也有人试图使用传统硅基MOS管实现这件事情，但是代价是非常惨烈的。那就是发热严重，被迫无奈必须使用散热片。那样就反而损失了体积这个我们希望换取目标。

简而言之，GaNFast 就是通过提高频率，缩小了体积。放弃了低发热的特性。代价是GaN的高成本。

接下来我们来聊聊，为了实现这个1Mhz的高开关频率小米所付出的代价。

代价一，1Mhz高频率控制器。

为什么我们会知道这个开关电源的工作频率是1Mhz，就是因为选用的这颗控制器的频率上限就是1Mhz。其实1Mhz高频的开关电源控制器非常的稀少。凤毛菱角。

代价二，平面PCB变压器。

变压器作为开关电源最占空间的元器件。它的瘦身对于整个电源是至关重要的。如果它不能瘦下来，整个开关电源的体积就没有办法减下来。小米的这个平面PCB变压器，其实用到了两项核心技术，一项是平面磁芯技术，许多变压器，虽然使用了平面磁芯，但是依然使用的传统漆包线，或者扁平线绕制的。并不一定非要用PCB来替代绕组。另一项技术当然就是PCB绕组技术了。PCB绕组其实是平面变压器的极致做法。

如果我们仔细看，会发现，其实这块PCB不仅仅替代了传统的变压器绕组，更重要的是连同步整流器件，滤波器件也全部集成在了PCB之上。这是为了尽可能缩小体积，减少高频走线长度所必须的技术手段。

代价三，钽电容滤波输出

PCB变压器绕组上的滤波电容，大家看到了不，这是钽电容，1Mhz的高开关频率，传统的固态电容基本已经可以全部罢工了，为什么很多开关电源的工作频率都在133khz以下，就是为了方便适配固态电容滤波，毕竟主流固态电容的最低内阻频率就在100khz

代价四，贴片安规电容

大家仔细看，电路板中间的 ISI 符号的四颗大电容，这是贴片安规电容。相较于传统的直插安规电容，体积更小，价格更贵。之前风华有生产过，但是一直推广不起来。

代价五，双路贴片整流桥堆

为了降低发热，这里使用了两颗整流桥作为高压整流所用。每颗整流桥可以整流3A，合起来就是6A。不过可惜的是，这并不是最新的肖特基型贴片整流桥堆。现在最先进的肖特基型整流桥堆可以达到4A的大电流整流。

赛普拉斯CYPD3174协议芯片，不仅仅支持众多快充协议，最重要的是，它居然还能支持小米27W tuber闪充。内置的32位 ARM cortex-M0芯片堪称强大。

其实小米这款GaN充电器，整个黑科技满满，到处都是可圈可点的新技术。设计师的功利非同一般。更多的诸如贴片热敏电阻，贴片保险丝什么的就不一一介绍了。

第一个小米65W GaN充电器 小米官网原价购买的订单截图

第二个是京东购买的，这两天京东突然有货了，就用plus券-5元，白条-3元。再次购入

实物正面照片

实物背面照片

右侧是Ravpower 61W充电器，用的就是PowiGaN

最后给这两颗GaNFast芯片一个特写吧，现在这波最火的两个GaN器件，一个就是GaNFast，另一个是PI公司的PowiGaN。我作为一名PowiGaN设计的高级工程师，非常佩服同行的能力，对他表示最高的诚挚致意。特此撰文，帮助他让更多人了解开关电源设计这个行业的技术最新动态。

2020年3月19日 沈洁