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>產(chǎn)品新聞>聚能創(chuàng)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(shù)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(yīng)對更多的應(yīng)用場景，目前USB PD3.1快充標準已經(jīng)發(fā)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(yīng)用于電動車、電動工具、安防等更多領(lǐng)域。與此同時，USB PD3.1快充電源將能夠借助氮化鎵技術(shù)，實現(xiàn)更高的效率、更小的體積，顛覆傳統(tǒng)大功率電源的固有形象。
近日，聚能創(chuàng)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(guān)電源。得益于使用氮化鎵半導(dǎo)體和高性能電源架構(gòu)，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(chuàng)芯這款240W氮化鎵電源方案體積僅為傳統(tǒng)同功率板磚電源的1/5，體積優(yōu)勢十分明顯。同時重量也僅為傳統(tǒng)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(fā)熱，大大提升筆記本的使用體驗。
一、聚能創(chuàng)芯240W氮化鎵電源參考設(shè)計外觀
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(cè)小板為主動橋式整流電路，頂部小板焊接高壓濾波電容。
聚能創(chuàng)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(guān)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。
使用游標卡尺測量電源長度約為71.1mm。
使用游標卡尺測量電源寬度約為60mm。
使用游標卡尺測量電源厚度約為24.1mm。
測得重量為144.3g。
把電源放在手心，很難想象這是一款240W的開關(guān)電源，體積就和常見的氮化鎵100W快充差不多。
二、聚能創(chuàng)芯240W氮化鎵電源參考設(shè)計解析
聚能創(chuàng)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(tǒng)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(guān)損耗，提高電源轉(zhuǎn)換效率。
輸入端小板焊接X電容，共模電感和Y電容等器件。
另一塊小板焊接四顆聚能創(chuàng)芯CGK65R190B組成橋式整流，由恩智浦橋式整流控制器控制。
聚能創(chuàng)芯CGK65R190B是一顆耐壓650V，導(dǎo)阻170mΩ的增強型氮化鎵開關(guān)管，支持超快開關(guān)，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(yīng)用認證。
聚能創(chuàng)芯CGK65R190B采用PQFN5*6封裝，適用于高壓AC/DC轉(zhuǎn)換，支持用于65W功率段反激主功率開關(guān)管，140W LLC主功率開關(guān)管。
最后一塊小板焊接高壓濾波電容，四顆并聯(lián)用于PFC升壓濾波。
輸出側(cè)采用同步整流，濾波電容來自永銘。
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(shù)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(qū)動信號，無需傳統(tǒng)獨立的兩顆芯片。
恩智浦TEA2017AAT是一款數(shù)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(jīng)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(yōu)化PFC效率。TEA2017AAT能夠構(gòu)建一個完整的諧振電源，電源設(shè)計簡便，組件數(shù)量少。TEA2017AAT采用小型窄條SO16封裝。
PFC升壓使用兩顆聚能創(chuàng)芯CGL65R150B并聯(lián)，CGL65R150B是一款耐壓650V，導(dǎo)阻120mΩ的增強型氮化鎵開關(guān)管，支持超快開關(guān)，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(yīng)用認證。
聚能創(chuàng)芯CGL65R150B采用PQFN8*8封裝，適用于高壓AC/DC轉(zhuǎn)換，可用在140W功率段PFC主功率開關(guān)管，240W功率段 LLC主功率開關(guān)管。
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(fù)恢復(fù)電流，能夠降低反向恢復(fù)電流帶來的EMI輻射和效率降低，從而提升電源的轉(zhuǎn)換效率。
LLC半橋兩顆開關(guān)管均為聚能創(chuàng)芯CGL65R150B，和PFC升壓管為同一型號。
另外一顆開關(guān)管也是聚能創(chuàng)芯CGL65R150B。
貼片Y電容來自特銳祥。
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(nèi)置兩個驅(qū)動器，可以同時驅(qū)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(yīng)用。
TEA2095T/TE是一款開關(guān)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(yīng)柵極驅(qū)動方法，可在任何負載下節(jié)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(wěn)壓水平工作，從而優(yōu)化了與低導(dǎo)阻MOSFET配合使用。
LLC同步整流使用兩顆AONS62530。
億光1018光耦用于輸出電壓反饋。
充電頭網(wǎng)總結(jié)
通過聚能創(chuàng)芯這款高性能240W 氮化鎵電源的展示，可以看到第三代半導(dǎo)體新技術(shù)的應(yīng)用，對于電源體積的顯著縮減。通過第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用，將傳統(tǒng)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(shù)全面應(yīng)用到電源中，聚能創(chuàng)芯氮化鎵器件大大減小了傳統(tǒng)電路架構(gòu)和傳統(tǒng)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(chuàng)芯是一家從事 GaN 功率器件設(shè)計及應(yīng)用方案開發(fā)的企業(yè)，依托自有技術(shù)團隊及旗下聚能晶源，掌握業(yè)界領(lǐng)先的 GaN 材料生長、器件設(shè)計與電源方案開發(fā)技術(shù)，為 PD 快充、無線充電、智能家電、5G 通訊、云計算等領(lǐng)域提供純國產(chǎn) GaN 功率器件產(chǎn)品和技術(shù)解決方案。