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镓未来700W GaN电源方案拆解:性能稳,效率极高
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镓未来700W GaN电源方案拆解:性能稳,效率极高

2022-05-05 17:37:00 来源:半导体器件应用网

【哔哥哔特导读】一文揭秘镓未来700W GaN电源方案。

珠海镓未来科技有限公司(简称“镓未来”)是一家半导体器件设计及生产商,致力于第三代半导体GaN-on-Si器件技术创新和领先。值得关注的是,镓未来最新的700W图腾柱PFC+LLC电源方案问世,全新架构效率极高。

镓未来700W GaN电源方案拆解:性能稳,效率极高

镓未来700W图腾柱PFC+LLC电源方案

通过下图,我们来看看在该大功率GaN电源方案主板上,采用的元器件。

镓未来700W GaN电源方案拆解:性能稳,效率极高

半导体器件应用网了解到,镓未来采用GaN器件无桥图腾柱PFC方案,不仅解决了传统FPC线路效率无法提升的问题,而且通过Cascode GaN的应用,解决图腾柱PFC MOSFET反向恢复电荷Qrr过高的只能采用CRM工作模式的问题。用具有极低等效Qrr的Cascode GaN器件,使得PFC可以工作在连续电流模式提高效率的同时也不牺牲功率密度,实现高达99.1%的转换效率。

值得注意的是,该GaN电源方案使用8颗集合了整流和PFC功能的MOSFET,是减少元器件数量和提升整流环节效率的关键。其中4颗采用的是镓未来GaN MOSFET——G1N65系列FET产品。

镓未来700W GaN电源方案拆解:性能稳,效率极高

型号:G1N65R050TB

G1N65系列FET是镓未来的混合型常关氮化镓(GaN)MOSFET,具有市场上所有宽带隙器件中最强的栅极和最低的反向压降。它们允许简单的栅极驱动,提供一流的性能和卓越的可靠性。

◇ 特点:

• 具有高阈值的强栅极,无需负栅极驱动,高重复输入电压公差为±20V。

• 快速开启/关闭速度,减少交叉损失。

• 低QG和简单的栅极驱动,可在高频下实现最低的驱动器消耗。

• 在所有SiC和GaN FET中,关态反向传导的VF最低,死区时损耗低。

• 低QRR适用于出色的硬开关电桥应用。

• 800V的高峰值耐受性增强了可靠性。

◇ 应用:半桥降压/升压、图腾极PFC电路或逆变电路、高效/高频移相、LLC或其他软开关拓扑。

其他产品资料可参考:

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此外,该GaN电源方案上还有一款恒泰科的150V N-Ch功率MOSFET

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型号:GP057N15S

◇ 特点:

• 高速功率平滑开关

• 增强的体二极管dv/dt能力

• 增强雪崩强度

• 100%UI测试,100%Rg测试

• 无铅

◇ 应用:开关电源中的同步整流、硬开关和高速电路、电动工具、不间断电源、电机控制。

其他产品资料可参考:

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更值得注意的是,该电源方案还搭载了瞻芯电子自主开发的连续模式图腾柱PFC控制器 IVCC1102。

镓未来700W GaN电源方案拆解:性能稳,效率极高

型号:IVCC1102

瞻芯电子自主开发的 IVCC1102 ,不仅能缩短电源开发时间,降低开发人力和器件成本,还能克服多项控制难点,提高电源的可靠性,如反电流倒灌控制、平滑过零点电流控制难题、兼顾低总谐波失真(THD)和快电压环控制,以及抗雷击破坏等。

镓未来700W GaN电源方案拆解:性能稳,效率极高

此外,芯片内置高可靠性的模拟控制,具备快速精确的功率因数校正控制信号输出,不使用数字电源控制器,无需编程调试。不管是搭配SiC器件,还是搭配GaN器件,瞻芯电子IVCC1102都能大幅简化器件选型及开发任务,大大加快产品的开发速度,保证方案的高效、高可靠性,迅速推出高性能电源产品。

镓未来700W图腾柱PFC+LLC电源方案底面:

镓未来700W GaN电源方案拆解:性能稳,效率极高

接下来,我们来看一下在GaN电源方案PCB板底面,有哪些主要的元器件。

元器件一:

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型号:NCP13992

NCP13992是安森美的半桥谐振变换器的高性能电流模式控制器。该控制器实现了600V门驱动器,简化了布局,减少了外部元件数量。在需要PFC前级的应用中,NCP13992具有一个专用输出,用于驱动PFC控制器。此功能与静音跳跃操作模式技术一起,进一步提高了整个应用程序的轻负载效率。

NCP13992提供了一套保护功能,允许在任何应用中安全操作,包括过载保护、过载保护−防止硬开关循环的电流保护,棕色−输出检测,光耦开路检测,自动死机−时间调整完毕−电压(OVP)及过温(OTP)保护。

◇ 特点:

• 电流模式控制方案

• 用于快速谐振水箱稳定的专用启动顺序

• 锁定或自动−恢复输出短路保护

• 严重故障条件下的锁定输入,例如OVP或OTP

• 根据负载条件进行PFC阶段运行控制

• 具有极低泄漏电流的启动电流源

• 动态自我−电源(DSS)在关闭状态下运行−模式或故障模式

• 引脚到相邻引脚/开放引脚故障保护

◇ 典型应用:适配器和离线电池充电器、平板显示器电源转换器、计算电源以及工业和医疗电源。

其他产品资料可参考:

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元器件二:

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型号:MP6924A

MP6924A是MPS的一款双快速关断智能整流器,用于LLC谐振变换器的同步整流。IC驱动两个N沟道MOSFET,将其正向压降调节为Vfwd(MP6924:45mV,MP6924A:29mV),并在开关电流变为负值之前关闭MOSFET。MP6924A具有轻载功能,可在轻载条件下关闭门驱动器,将电流限制在175μa。MP6924A的快速关闭功能可同时启用连续传导模式(CCM)和不连续传导模式(DCM)。MP6924A需要最少数量的现成标准外部组件,并可在SOIC-8封装中使用。

◇ 特点:

• 适用于标准和逻辑级MOSFET

• 与能源之星兼容

• 快速关闭总延迟35ns

• 宽的4.2V~35V VDD工作范围

• 轻载模式下175µA低静态电流

• 支持CCM、CrCM和DCM操作

• 支持高压侧和低压侧整流

• 在一个典型的笔记本电脑适配器中可节省高达1.5W的电量

• 采用SOIC-8封装

◇ 应用:AC/DC适配器、PC电源、LCD和LED电视、隔离DC/DC电源转换器。

其他产品特征可参考:

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元器件三:

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型号:NSI6602

NSI6602是纳芯微的高可靠性隔离双通道栅极驱动IC系列,可设计用于驱动开关频率高达2MHz的功率晶体管。每个输出可以产生4A和6A峰值电流,具有25ns的快速传播延迟和5ns的最大延迟匹配。

NSI6602在5*5mm LGA13封装中为每个UL1577提供2500Vrms隔离,在SOP16(150mil)封装中提供3000Vrms隔离,在SOP16(300mil)或SOP14(300mil)封装中提供5700Vrms隔离。

◇ 特点:

• 隔离双通道驱动器

• 输入侧电源电压:2.7V至5.5V

• 驾驶员侧电源电压:UVLO最高可达25V

• 高CMTI:±150kV/us典型值

• 6ns最大脉宽失真

• 可编程死区时间

• 接受最小输入脉冲宽度20ns

• 工作温度:-40℃~125℃

◇ 应用:服务器、电信和工业隔离DC-DC和AC-DC电源、直流-交流太阳能逆变器、电机驱动和电动汽车充电、UPS和电池充电器。

其他产品资料可参考:

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元器件四:

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型号:LP3716NCK

LP3716NCK采用SOP8L封装,是一款高度集成的隔离型适配器和充电器的自供电PSR控制芯片,外围设计极其简单。LP3716NCK固定原边峰值电流,通过变压器原副边匝比来设置输出恒流点;通过设定FB上偏电阻和下偏电阻来设置输出恒压点。LP3716NCK还集成了多种的保护功能,包括VCC钳位/欠压保护,FB脚上电阻开路保护,输出短路保护,输出过压保护以及过温保护等保护功能。

◇ 特点:

• 集成BJT,适用于12W以下隔离方案

• 内置高精度的固定峰值电流,恒流精度高

• 极低的待机功耗

• 专利的电流驱动,降低温升

• 输出线损补偿技术

◇ 应用:适配器、充电器、LED驱动电源、线性电源和RCC开关电源升级换代以及其它辅助电源等。

其他产品信息可参考:

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元器件五:

镓未来700W GaN电源方案拆解:性能稳,效率极高

型号:EL101X

EL101X-G系列器件由一个红外发光二极管组成,该二极管与光电晶体管探测器进行光学耦合。化合物使用游离卤素和Sb2O3

◇ 特点:

• 符合游离卤素标准

• 电流传输比

(电流:在IF=5mA,VCE=5V时为50~600%)

(电流:在IF=10mA,VCE=5V时为63~320%)

• 输入和输出之间的高隔离电压(Viso=5000 V rms)

• 紧凑的4针SOP,轮廓为2.0毫米

• 8毫米长的爬电距离

• 无铅,符合RoHS标准。

• UL认证(编号E214129)

• VDE批准(编号40028391)

• SEMKO批准

• NEMKO批准

• 德姆科批准

• FIMKO批准

◇ 应用:可编程控制器、系统设备、测量仪器、电信设备、风扇加热器等家用电器、不同电位和阻抗电路之间的信号传输。

其他产品资料可参考:

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半导体器件应用网总结:

经过拆解分析,值得一提的是,镓未来700W GaN电源方案搭载高性能的控制器、整流器和隔离双通道驱动器等元器件,不仅可实现过温保护、短路保护等保护功能,而且大大提高电源转换效率,有效保障电源的安全性和可靠性;同时采用镓未来自研的G1N65系列GaN MOSFET和恒泰科的功率MOSFET,成就了700W智能混合信号无桥图腾柱PFC+LLC电源解决方案。整体来说,该GaN电源方案设计大大减少了元器件的数量,同时有效提高电源效率。

据了解,镓未来700W GaN电源方案满载效率可高达96.72%,符合80PLUS钛金能效,适合工作在0-40℃温度环境,并应用于大功率电源设备;其整机能效的提高,每年可为每台设备节省80-120度电。目前该GaN电源方案已经实现量产。

 

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