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    PFC+QR控制器全面國產,120W氮化鎵快充方案首秀

    2022-01-10

    百瓦快充是未來的普及趨勢,隨著筆記本和手機等大功率設備的普及,已經有多款支持100W以及更大功率的充電器推出,滿足消費者的快充需求。之前的100W或者更大功率的快充多采用LLC架構配合同步降壓,成本較高,導致產品售價也較高,壓制了市場需求。

     

    必易微推出了一款高性價比的120W氮化鎵快充電源方案,采用臨界模式升壓PFC+準諧振反激+同步整流的拓撲架構,支持寬范圍電壓輸出,無需使用二次降壓電路。相比LLC架構節省了隔離驅動器以及一顆氮化鎵開關管的成本,并且支持寬電壓輸出,節省了二次降壓電路的成本,是一款高性能高性價比的大功率快充解決方案。

     

    并且伴隨著近年來顯示器支持PD快充輸出,為筆記本實現一線通,必易微高性價比的解決方案還可為顯示器提供更高功率的快充。100W PD輸出滿足大功率筆記本充電及使用需求,釋放性能枷鎖,提升產品賣點。

     

    一、必易微120W氮化鎵快充電源參考設計外觀

     

    必易微120W氮化鎵快充方案采用PFC+反激的架構,支持寬電壓輸出,電路相比LLC方案明顯簡化,具有明顯的成本優勢。

     

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    必易微120W氮化鎵電源參考設計采用兩塊小板焊接輸入端EMI濾波電路和USB-C輸出小板,提高整體空間利用率。

     

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    參考設計從左到右依次是輸入濾波電路,PFC升壓電感,高壓濾波電容,反激變壓器和輸出濾波電容,布局清晰明了。

     

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    背面從左到右依次是同步整流,反激控制器和氮化鎵功率芯片,碳化硅二極管,PFC開關管和PFC控制器。最右側是整流橋,在正面還有一顆,使用兩顆均攤發熱。

     

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    使用游標卡尺測得電源參考設計長度為65.38mm。

     

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    寬度為48.54mm。

     

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    高度為25mm,根據實測尺寸計算功率密度為1.51W/cm3。

     

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    與蘋果140W氮化鎵電源對比,大約是蘋果的1/2體積。

     

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    測得重量約為113.6g。

     

    二、必易微120W氮化鎵快充電源參考設計解析

     

    通過上面的尺寸測量以及尺寸對比,大家對這款120W的電源方案已經有了大概的了解。在120W功率段使用反激能夠有效簡化充電器設計并降低整體成本,進一步加快大功率充電器和用電設備生態建設。

     

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    輸入端小板焊接了保險絲,X電容,共模電感等器件,充分利用空間。左側還預留了折疊插腳的位置,可用于便攜式充電器設計。

     

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    PFC升壓電感,左側為濾波薄膜電容,右側是PFC輸出濾波電容,來自永銘,KCX系列,耐壓400V,容量27μF,四顆并聯。

     

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    反激變壓器特寫,采用絕緣膠帶纏繞,變壓器次級采用利茲線,降低高頻損耗。

     

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    輸出濾波電容采用兩顆永銘NPX系列固態電容,耐壓25V,820μF容量,兩顆并聯。

     

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    輸入端采用兩顆整流橋均分發熱,整流橋來自沃爾德,型號WRLSB80M,額定電流8A,耐壓1000V。

     

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    PFC升壓控制器來自必易微,型號KP2801,采用臨界模式運行,支持單繞組電感,無需輔助繞組。芯片內置高壓啟動電路,啟動時間小于0.2秒。

     

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    KP2801內部集成消磁信號檢測技術,無需使用輔助繞組進行消磁檢測,可降低系統成本。內部集成豐富全面的保護功能,確保穩定正常運行,SOP-8封裝降低了空間占用,適合小體積緊湊的電源應用。

     

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    PFC整流管采用創能動力 ACD06PS065N,是一顆耐壓650V,6A的碳化硅二極管,采用DFN5*6封裝。

     

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    PFC開關管為英飛凌IPL60R185P7,CoolMOS P7系列,耐壓650V,導阻185mΩ。

     

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    反激控制器來自必易微,型號KP2202,是一顆高集成度的反激控制器,集成高壓啟動和X電容放電功能,工作頻率最高可達500kHz,支持10-112V供電范圍。

     

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    KP2202具有500kHz、300kHz和140kHz三檔工作頻率可調,集成輸入過壓保護和欠壓保護,集成抖頻功能以優化EMI性能,芯片支持綠色節能模式和打嗝模式運行,降低待機功耗。

     

    KP2202還集成了全面的保護功能,包括供電過壓/欠壓保護、輸出過壓保護、輸入過壓/欠壓保護,片內和外置過熱保護、逐周期電流限制等多種保護功能。

     

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    氮化鎵功率芯片采用納微NV6125,這是一顆集成氮化鎵驅動器和氮化鎵開關管的氮化鎵功率芯片,采用6*8mm 散熱增強的QFN封裝,內置650V耐壓,175mΩ導阻的氮化鎵開關管,瞬態耐壓可達800V。

     

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    兩顆貼片Y電容來自特銳祥。

     

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    同步整流控制器為KP4060,采用SOT23-6封裝,節省空間。KP4060支持600kHz開關頻率,滿足KP2202 500kHz高頻開關應用。

     

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    KP4060支持DCM、BCM、CCM、QR工作模式和有源鉗位 Flyback 拓撲,支持600kHz工作頻率,集成高壓檢測電路和高壓供電電路,集成智能雙路LDO,無需輔助繞組供電,支持輸出短路SR工作。

     

    KP4060支持寬范圍輸出電壓應用(0~20V),特別適用于支持QC、PD等協議的快充領域。并且支持高側或低側配置。<30ns 開通和關斷延時,Gate驅動有源鉗位技術,防止寄生耦合導致的誤開通,具有專利的智能電流過零關斷和智能開通檢測技術防止誤開通,確保安全使用。

     

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    同步整流管來自捷捷微,型號JMSH1207AG,耐壓120V,導阻5.6mΩ,采用DFN5*6封裝。

     

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    USB-C協議芯片采用慧能泰HUSB350,通過了USB PD3.0和PPS認證,用于輸出電壓控制。

     

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    PC817光耦用于輸出電壓反饋。

     

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    必易微目前已推出多款完整的氮化鎵快充解決方案,包括大功率應用的KP2801 PFC控制器、可直驅氮化鎵開關管的KP2206/2202、合封氮化鎵芯片KP22064/22066以及高頻同步整流控制器KP4060。

     

    充電頭網總結

     

    必易微120W氮化鎵快充方案使用了KP2801 PFC控制器,KP2202 QR反激控制器和KP4060同步整流控制器組成。使用反激拓撲可以進行寬電壓輸出,相比LLC方案更加靈活,無需二次降壓電路,降低成本,并提升性價比。

     

    這款快充方案的控制器全部由必易微提供,實現了國產廠商大功率氮化鎵快充全面國產自主化的成功。反激拓撲相比LLC+二次降壓的方案,不僅性能上接近,還具有顯著的成本優勢,是高效氮化鎵電源的有力競爭者。


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