充电头网 充电头网
  • 首页
  • 新闻
    • 新品
    • 事件
    • 创业
    • 数据
    • 活动
  • 团购
    • 清单
    • 折扣
  • 评测
    • 手机
    • 充电器
    • 无线充
    • 充电宝
    • 车载充
    • 数据线
  • 拆解
    • 充电器
    • 数据线
    • 无线充
    • 充电宝
    • 车充
    • 扩展坞
    • 插线板
    • 电池
    • 其他
  • 视频
    • 充电头网
    • 充电头网学堂
  • 方案
    • 快充
    • 数据
    • 无线充
  • 峰会
    • 活动行
    • 发布会
    • 快充展
    • 无线充展
    • 其他展会
  • POWER-Z
    • 淘宝店
    • Amazon
    • KM002C
    • KM002C (English)
    • KM001C
    • MF001
  • 注册
    登录
现在登录。
  • 首页
  • 新闻
    • 新品
    • 事件
    • 创业
    • 数据
    • 活动
  • 团购
    • 清单
    • 折扣
  • 评测
    • 手机
    • 充电器
    • 无线充
    • 充电宝
    • 车载充
    • 数据线
  • 拆解
    • 充电器
    • 数据线
    • 无线充
    • 充电宝
    • 车充
    • 扩展坞
    • 插线板
    • 电池
    • 其他
  • 视频
    • 充电头网
    • 充电头网学堂
  • 方案
    • 快充
    • 数据
    • 无线充
  • 峰会
    • 活动行
    • 发布会
    • 快充展
    • 无线充展
    • 其他展会
  • POWER-Z
    • 淘宝店
    • Amazon
    • KM002C
    • KM002C (English)
    • KM001C
    • MF001
首页 方案 快充 效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案

shoumudashen 7月 29, 2022

前言

随着USB PD3.1协议的推出,将充电器的输出功率自20V5A到对应的28V、36V和48V,电流不变仍为5A,输出功率同步提升到240W,从而大幅扩展了充电器的使用范围,满足更大功率快充的需要。

此次英诺赛科针对市场需求推出了一款高效、高功率密度240W氮化镓应用方案。

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

这款参考设计采用BTPPFC+LLC架构,方案中PFC采用无桥图腾柱PFC拓扑,该拓扑消除了传统PFC电路输入端存在的二极管整流桥,从而大幅提高了效率和功率密度。PFC开关管采用GaN,可以实现更高的开关频率,进一步提供功率密度。LLC采用高频方案,最高频率400kHz,搭配控制器较小的死区时间,可缩小磁件体积、减小线包直流损耗,有效提升效率和功率密度。

  • 拓扑 CRM Totem Pole PFC + LLC
效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

图1 240W拓扑结构图

  • 关键器件 Featured Innoscience Products:
  • S1/S2/S3/S4 : INN650D080B, 650V/80mΩ, DFN 8x8mm
  • S5/S6 : INN650DA260A, 650V/260mΩ, DFN 5x6mm
  • S7/S8: INN150LA070A , 150V/7mΩ, LGA 2.2x3.2mm
效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网
  • 主要规格参数

规格参数见表1,PFC开关频率最大200KHz,LLC开关频率最大400KHz,峰值效率高达97%。

表1:电特性(Ta=25℃)

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

主要特征优势丨Features and Advantages

  • 高频:350~400kHz (VS Si MOS solution:65kHz-150kHz)
  • 高效率:97% (230Vac),95.2% (90Vac) VS Si MOS solution:效率提高2%
  • 小尺寸:85.5*58*20.5mm(PCBA)
  • 高功率密度:38.7W/in3(PCBA)VS Si MOS solution:体积减小70%
  • 短路保护
  • 过热关断保护 OTP
效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

该方案的PCBA由EMI滤波板+主板+半桥功率板组成,布局简洁、紧凑。

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网
  • 应用场合丨Application
    • PD快充
    • PC一体机电源
    • 游戏机电源
    • 电动工具
    • LED显示
效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

BTPPFC(Bridgeless Totem Pole PFC)

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

PFC升压开关管采用两颗英诺赛科INN650D080B氮化镓开关管搭配驱动器组成快速半桥,这是一颗耐压650V,瞬态耐压800V的增强型氮化镓开关管,导阻为80mΩ。支持超高开关频率,无反向恢复电荷,具有极低的栅极电荷和输出电荷,符合JEDEC标准的工业应用要求,内置ESD保护,符合RoHS、无铅、欧盟REACH法规。

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

如表1所示,同等RDS(ON)情况下,氮化镓的寄生电容更小,Ciss和Crss分别是Si CoolMOS的1/12和1/23,从而具有更快的开关速度,在BTPPFC快桥臂中,电流和电压交叠时间减小88%以上(见图2),米勒平台时间几乎为零(见图3),总的开关损耗至少减小70%。

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

表1:Ciss/Crss Comparison (InnoGaN vs Si CoolMOS)

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

图2 switching speed is more than 8x faster than silicon FET

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

图3  Miller Platform Comparison

InnoGaN的Coss更小且线性度更好(见图4),在Vds低的时候GaN的Coss远远小于Si MOS,且Si会有一个斜率突变的过程。从系统波形可以看到,GaN的开关交叠损耗远小于Si MOS,t2-t3段GaN的Dv/dt比Si MOS更小,所以产生的EMI噪声也更小。

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

图4  Coss Curve Comparison

高频高效LLC

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

LLC半桥的两颗氮化镓开关管采用英诺赛科INN650DA260A,这是一颗高性价比、耐压650V的氮化镓高压单管,瞬态耐压800V,最大导阻260mΩ,DFN5×6封装。得益于工艺改进,相比英诺赛科第一代氮化镓器件,性能有明显的提升,适用于65-120W的反激架构,120-300W的LLC架构。

INN650DA260A支持超高开关频率,无反向恢复电荷,具有极低的栅极电荷和输出电荷,符合JEDEC标准的工业应用要求,内置ESD保护,符合RoHS、无铅、欧盟REACH法规。

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

充电头网拆解了解到,英诺赛科氮化镓功率开关管还有INN650DA02、INN650DA04等型号,并被SPRUCE 140W 3C1A无线充二合一充电座、安述240W氮化镓+碳化硅适配器、QCY 65W 2C1A氮化镓快充、联想小新100W双C口氮化镓快充、努比亚120W 2C1A三口氮化镓快充、红魔手机6 Pro标配120W PD氮化镓快充、REMAX 100W氮化镓充电器、摩米士100W 2A2C氮化镓快充、魅族65W氮化镓充电器等多款产品采用,芯片质量获得市场认可。

氮化镓具有更快的开关速度,Co(tr)是Si的1/8(如表2),由t_deadmin  ∝ Co(tr)*Lm*fs,可减小死区时间约75%,降低谐振腔电流有效值,有效降低LLC的环流损耗,提升效率。同时有利于提升频率,减小磁件的体积,提高功率密度。

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

表2:Co(tr)/Qg Comparison (InnoGaN vs Si CoolMOS)

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网
效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

图5 系统LLC波形

整机性能

  • 效率

得益于新拓扑以及高性能的氮化镓应用,在90Vac~264Vac全电压范围,输出满载工况下,最高效率达到97%,平均效率最高达96.5%。BTPPFC慢桥臂采样Rdson更小的功率管,效率可进一步提升。

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

图6 整机效率曲线

  • 热测试

据英诺赛科对整机的温升测试,在环温25℃、无主动散热措施、输入90Vac、输出48V/5A工况下老化,PFC GaN管温度114℃,LLC GaN管温度84.7℃。同步整流管的温度分别为83.4℃。在氮化镓的加持下,整机效率高,器件温升低,系统温升易处理。

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

图7 温度分布

  • EMC特性

整机传导测试,裕量达到6dB以上。

效率达97%,英诺赛科推出无桥架构240W高效氮化镓方案-充电头网

图8 CE测试结果

充电头网总结

英诺赛科推出的240W氮化镓快充电源为48V/5A输出,满足USB PD3.1的240W功率上限,电源内置了四颗英诺赛科最新推出的INN650D80B超低导阻氮化镓开关管,搭配无桥图腾柱PFC控制器和两颗驱动器,组成两个半桥,分别用于升压及整流。氮化镓更快的开关速度有效降低开关损耗,同时利用拓扑优势消除了升压PFC电路中整流桥的功率损耗。

LLC部分采用高频方案,利用氮化镓快速开关优势,缩小死区时间,提升效率并提高开关频率。输出同步整流使用两颗英诺赛科低压氮化镓开关管,减小高频下驱动IC的损耗,减小驱动IC过热的风险,同时更快的开关速度可配合原边侧减小死区时间,提高整机效率。电源采用小板组合焊接的方式,提升空间利用率,发热器件分别焊接在不同的小板上,均摊发热,能够降低局部温升,简化散热设计。

英诺赛科将参加充电头网举办的亚洲充电展,展位号位于C62-C65,届时包括这一套方案在内的多套氮化镓电源方案实物将会一起展示,感兴趣的欢迎前往了解,与英诺赛科的工作人员进行深入交流。

#240W#英诺赛科
0
shoumudashen
用自己的眼睛去读世间这一部书。
评论 (0)
返回
    发表评论
猜你喜欢
  • 简化低压氮化镓应用,英诺赛科推出高集成小体积半桥氮化镓功率芯片ISG3201
  • 拓尔微AC-DC控制器TMI9713,为企业赋能,为电源市场助力
  • 英集芯IP2738一芯双充应用案例汇总
  • 英诺赛科荣获第十七届“中国芯”优秀技术创新产品奖
  • 一睹慧能泰“一线双芯”大功率USB-C线缆的过温保护方案
  • 首页
  • 新闻
  • 团购
  • 评测
  • 拆解
  • 视频
  • 方案
  • 峰会
  • POWER-Z
Copyright © 2014-2023 充电头网. Designed by nicetheme. 粤ICP备15002070号