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    聚能創芯推出240W氮化鎵電源方案,支持USB PD3.1快充

    2021-12-17

    使用高性能筆記本的朋友想必都帶著一個大大的板磚電源,整個電源重量接近一公斤。這并不是廠家技術落后,而是高性能筆記本必須使用大功率的電源才能滿足筆記本高性能輸出。


    為了應對更多的應用場景,目前USB PD3.1快充標準已經發布,最大240W的輸出功率,不僅能夠滿足所有筆記本電腦的充電需求,而且還能應用于電動車、電動工具、安防等更多領域。與此同時,USB PD3.1快充電源將能夠借助氮化鎵技術,實現更高的效率、更小的體積,顛覆傳統大功率電源的固有形象。

     

    近日,聚能創芯推出了一款240W的氮化鎵電源方案,整個電源中使用了8顆氮化鎵器件,分別用于主動橋式整流,PFC升壓和LLC開關電源。得益于使用氮化鎵半導體和高性能電源架構,電源方案的尺寸僅為71.1*60*24.1mm,方案重量為144.3克,板端功率密度達到了2.33W/cm3。

     

    聚能創芯這款240W氮化鎵電源方案體積僅為傳統同功率板磚電源的1/5,體積優勢十分明顯。同時重量也僅為傳統同功率板磚電源的1/5,無論是隨身攜帶還是日常使用都非常方便。同時氮化鎵帶來的高效率,也降低了電源的發熱,大大提升筆記本的使用體驗。

     

    一、聚能創芯240W氮化鎵電源參考設計外觀

     

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    正面首先可以看到這款電源采用三塊小板和一塊大板組合的焊接方式。其中底面小板為輸入EMI電路,左側小板為主動橋式整流電路,頂部小板焊接高壓濾波電容。

     

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    聚能創芯240W氮化鎵電源方案采用恩智浦高集成PFC+LLC二合一控制器TEA2017搭配TEA2095同步整流控制器組成高集成高效率的開關電源方案,由于使用了二合一控制器,原邊電路元件非常精簡。

     

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    使用游標卡尺測量電源長度約為71.1mm。

     

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    使用游標卡尺測量電源寬度約為60mm。

     

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    使用游標卡尺測量電源厚度約為24.1mm。

     

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    測得重量為144.3g。

     

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    把電源放在手心,很難想象這是一款240W的開關電源,體積就和常見的氮化鎵100W快充差不多。

     

    二、聚能創芯240W氮化鎵電源參考設計解析

     

    聚能創芯240W氮化鎵電源方案在輸入端采用了主動橋式整流,并使用了氮化鎵器件,以降低傳統整流橋正向壓降帶來的損耗。同時PFC和LLC也使用了氮化鎵器件以降低開關損耗,提高電源轉換效率。

     

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    輸入端小板焊接X電容,共模電感和Y電容等器件。

     

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    另一塊小板焊接四顆聚能創芯CGK65R190B組成橋式整流,由恩智浦橋式整流控制器控制。

     

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    聚能創芯CGK65R190B是一顆耐壓650V,導阻170mΩ的增強型氮化鎵開關管,支持超快開關,具有低柵極電荷和輸出電荷,支持開爾文源極,符合JEDEC的標準級應用認證。

     

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    聚能創芯CGK65R190B采用PQFN5*6封裝,適用于高壓AC/DC轉換,支持用于65W功率段反激主功率開關管,140W LLC主功率開關管。

     

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    最后一塊小板焊接高壓濾波電容,四顆并聯用于PFC升壓濾波。

     

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    輸出側采用同步整流,濾波電容來自永銘。

     

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    來到電源背面,原邊控制器采用TEA2017AAT,這是一顆集成了多模式PFC和數字配置的LLC二合一的控制器,將兩顆芯片整合在一起,可以同時輸出PFC和LLC驅動信號,無需傳統獨立的兩顆芯片。

     

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    恩智浦TEA2017AAT是一款數字化可配置LLC和PFC組合控制器,用于高效諧振電源。它包括LLC和PFC控制器功能。PFC經配置可在DCM/QR、CCM固定頻率或支持所有操作模式的多模式下運行,優化PFC效率。TEA2017AAT能夠構建一個完整的諧振電源,電源設計簡便,組件數量少。TEA2017AAT采用小型窄條SO16封裝。

     

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    PFC升壓使用兩顆聚能創芯CGL65R150B并聯,CGL65R150B是一款耐壓650V,導阻120mΩ的增強型氮化鎵開關管,支持超快開關,具有低柵極電荷和輸出電荷,支持開爾文源極,符合JEDEC的標準級應用認證。

     

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    聚能創芯CGL65R150B采用PQFN8*8封裝,適用于高壓AC/DC轉換,可用在140W功率段PFC主功率開關管,240W功率段 LLC主功率開關管。

     

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    PFC升壓整流管采用美浦森 MSM06065G1 碳化硅二極管,采用DFN5*6封裝。碳化硅二極管具有極低的反向恢復恢復電流,能夠降低反向恢復電流帶來的EMI輻射和效率降低,從而提升電源的轉換效率。

     

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    LLC半橋兩顆開關管均為聚能創芯CGL65R150B,和PFC升壓管為同一型號。

     

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    另外一顆開關管也是聚能創芯CGL65R150B。

     

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    貼片Y電容來自特銳祥。

     

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    LLC同步整流控制器為恩智浦 TEA2095,是一顆雙路同步整流控制器,內置兩個驅動器,可以同時驅動兩個同步整流管,并支持獨立工作。


    值得一提的是,該芯片支持4.5V-38V寬電壓輸出,滿足當前USB PD3.1快充的應用。

     

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    TEA2095T/TE是一款開關模式電源用的高性能同步整流器(SR)控制器IC。同步整流控制器采用自適應柵極驅動方法,可在任何負載下節省最大能量。提高輕載效率,TEA2095T/TE可在90μA的條件下以-25 mV的穩壓水平工作,從而優化了與低導阻MOSFET配合使用。

     

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    LLC同步整流使用兩顆AONS62530。

     

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    億光1018光耦用于輸出電壓反饋。

     

    充電頭網總結

     

    通過聚能創芯這款高性能240W 氮化鎵電源的展示,可以看到第三代半導體新技術的應用,對于電源體積的顯著縮減。通過第三代半導體的應用,將傳統一公斤重的電源適配器體積縮減到一個非常易于攜帶的水平。

     

    通過將氮化鎵技術全面應用到電源中,聚能創芯氮化鎵器件大大減小了傳統電路架構和傳統器件帶來的功率損耗,并且提高電源的工作頻率。通過氮化鎵的使用,提升電源的能效,減小體積,提升筆記本電源等大功率適配器的使用體驗。


    聚能創芯是一家從事 GaN 功率器件設計及應用方案開發的企業,依托自有技術團隊及旗下聚能晶源,掌握業界領先的 GaN 材料生長、器件設計與電源方案開發技術,為 PD 快充、無線充電、智能家電、5G 通訊、云計算等領域提供純國產 GaN 功率器件產品和技術解決方案。


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