前言
近年来充电技术步入快速发展期,面对快充行业不断涌现的市场机遇,芯朋微顺势而为,先后推出了18W/20W PD快充方案PN8161+PN8307H和30W PD快充方案PN8165+PN8307H,因集成度高、性能卓越、方案成本优势明显,获得了众多品牌采用。而近期,芯朋微推出了全新的65W方案,为客户提供了更具优势的解决方案。
芯朋微65W方案由PN8213、PN8307P、AP2080三颗套片组合,搭配GaN或者 SuperJunction 器件,具有高环路稳定度、高功率密度、50mW低待机功耗、100V全集成同步整流等多重亮点,下面充电头网为各位工程师分享采用精准锁谷底QR-Lock技术的芯朋微65W方案相比于传统QR对充电器设计的影响。
方案介绍
PN8213 作为QR-Lock初级控制器,环路高度稳定,进口替换的适配度更高,最高支持500kHz工作频率,减小变压器及输出电容体积;典型转换效率大于93%,提升充电器功率密度。内置800V高压启动管和X电容放电功能,待机功耗小于50mW。
PN8213 与海外友商相比,具备“三高一低”的优势,外围少2-4颗(OVP复用)、1/4负载转换效率优于1%以上,启动HV耐压高出100V,VDD耐压高出30V,具有市电欠压保护、输出过压保护、原副边防直通保护、过载保护、过温保护等。
与 PN8213 搭配的是 PN8307P,PN8307P是一颗高度集成的同步整流器,内置100V/7mΩ智能MOSFET,支持自适应死区控制,更低温升,超高性价比。
此外,方案可选AP2080 Boost芯片以支持宽供电输出,AP2080使用兆赫兹开关频率的COT控制技术,将储能电感体积降至0805封装,任何工况下PN8165供电范围控制在11~35V,显著提升15~20V输出电压下的转换效率。
方案三颗芯片的封装及脚位配置如上图所示,其中PN8213采用SSOP10封装,PN8307P采用PDFN5x6封装,AP2080采用SOT23-3封装。
芯朋微65W快充Demo 如上图所示,Demo长约52mm,宽约27mm,高约20mm,整体体积十分小巧。
上图为 PN8213 初级主控芯片,AP2080 供电芯片与 PN8307P 组成的同步整流反激电源原理图,其中 PN8213 支持搭配GaN和传统MOS管应用,具备精准的谷底锁定,工作频率可达500kHz。
变压器采用ATQ23.7磁芯,绕线结构如上图所示,初级绕组电感量 (Lp) 为320±5%uH @10kHz。
对于市面上常见普通QR,因谷底不锁定,开关频率受Tosc影响显著,以上图参数举例:平均开关周期为7.95us(126kHz,第2谷底QR),振荡周期为1.5us,增加一个谷底则开关频率降低27.8kHz,减少一个谷底则开关频率增加56.7kHz。因此,为满足最高频率限制,市面上常见普通QR的平均开关频率相对不高。
对于PN8213所采用的的精准锁谷底QR-Lock技术,在一个负载点附近开关频率仅受Ipmax影响,可近似等效为定频控制。因此,精准锁谷底QR-Lock技术相比普通QR整体工作频率更高、环路稳定性更佳。
效率测试方面,首先测试20V输出下的效率表现,可以看到芯朋微65W方案在115V和230V输入电压时,20V 1.5A的输出效率均超过92%,相较于能效标准有4%以上的裕量。
在15V输出下的效率表现测试中,可以看到芯朋微65W方案在115V和230V输入电压时,15V 3A的输出效率均超过92%,相较于能效标准有4%以上的裕量。
在9V输出下的效率表现测试中,可以看到芯朋微65W方案在115V输入电压时,9V 3A的输出效率接近92%,在230V输入电压时9V 3A的输出效率超过91%,相较于能效标准有4%以上的裕量。
在5V输出下的效率表现测试中,可以看到芯朋微65W方案在115V输入电压时,5V 3A的输出效率接近91%,在230V输入电压时5V 3A的输出效率接近89%,相较于能效标准有7%以上的裕量。
上图为芯朋微65W方案的空载待机功耗测试,从图中可以看到,芯朋微65W方案在115V输入下待机功耗约为34mW,230V输入下约为39mW,均低于75mW限制。
上图为AP2080工作曲线,在输入电压低于11V的时候,AP2080可以将输入电压升压至11V,为初级主控芯片供电,当输入电压高于11V时,AP2080进入直通状态,正常为初级主控芯片供电。
上图为Q1 VDS的应力测试,测试条件为264Vac输入,20V3.25A输出。从应力测试结果可以看到,Q1最高电压为578V,裕量充足。
上图为 U1 VDS 的应力测试,测试条件为264Vac输入,20V3.25A输出。从应力测试结果可以看到,U1的最高电压为80.7V,裕量充足。
温升测试方面,对芯朋微30W PD套片方案在不同输入输出条件下的温度表现进行测试,其中CH1:PN8213;CH2:Q1;CH4:T1 Core;CH5:T1 Wire;CH7:环温;CH8:PN8307P
在90Vac输入,20V 3.25A输出时,经过2小时测试,环境温度稳定在26℃,PN8213温度稳定在93.6℃;PN8307P温度稳定在103.8℃。
在264Vac输入,20V 3.25A输出时,经过3小时40分钟的测试,环境温度稳定在25.4℃,PN8213温度稳定在91.9℃;PN8307P温度稳定在111.5℃。
EMC测试方面,芯朋微65W方案的EMI传导、辐射满足EN55032 Class B标准要求,裕量均大于6dB;ESD满足IEC61000-4-2,8kV/15kV等级要求;EFT满足IEC 61000-4-4: 2004,4kV等级要求;Surge满足IEC 61000-4-5:2005,2kV等级要求;交流绝缘满足3.75kVac要求。
充电头网总结
无锡芯朋微电子股份有限公司(Chipown)是一家专注于功率集成电路研发的民营高科技企业,公司成立于2005年,于2020年7月登陆上交所科创板(股票代码:688508),总部位于江苏省无锡市高新技术开发区,并在苏州、上海、深圳、中山、厦门、青岛设有研发中心和客户支持机构。
芯朋微主要产品包括AC-DC、DC-DC、Motor Driver等,广泛应用于家用电器、手机及平板、充电&适配器、智能电网、5G通信、工控设备等领域。目前,公司已发展成为国内高压电源和驱动类芯片的领先供应商,为众多电子行业知名企业提供功率集成电路产品和解决方案,年出货超过14亿颗芯片,建立了良好的品牌优势。
评论 (0)