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鎵未來700W GaN電源方案拆解:性能穩,效率極高
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鎵未來700W GaN電源方案拆解:性能穩,效率極高

2022-05-05 17:37:00 來源:半導體器件應用網 點擊:1934

【嗶哥嗶特導讀】一文揭秘鎵未來700W GaN電源方案。

珠海鎵未來科技有限公司(簡稱“鎵未來”)是一家半導體器件設計及生產商,致力于第三代半導體GaN-on-Si器件技術創新和領先。值得關注的是,鎵未來最新的700W圖騰柱PFC+LLC電源方案問世,全新架構效率極高。

鎵未來700W GaN電源方案拆解:性能穩,效率極高

鎵未來700W圖騰柱PFC+LLC電源方案

通過下圖,我們來看看在該大功率GaN電源方案主板上,采用的元器件。

鎵未來700W GaN電源方案拆解:性能穩,效率極高

半導體器件應用網了解到,鎵未來采用GaN器件無橋圖騰柱PFC方案,不僅解決了傳統FPC線路效率無法提升的問題,而且通過Cascode GaN的應用,解決圖騰柱PFC MOSFET反向恢復電荷Qrr過高的只能采用CRM工作模式的問題。用具有極低等效Qrr的Cascode GaN器件,使得PFC可以工作在連續電流模式提高效率的同時也不犧牲功率密度,實現高達99.1%的轉換效率。

值得注意的是,該GaN電源方案使用8顆集合了整流和PFC功能的MOSFET,是減少元器件數量和提升整流環節效率的關鍵。其中4顆采用的是鎵未來GaN MOSFET——G1N65系列FET產品。

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型號:G1N65R050TB

G1N65系列FET是鎵未來的混合型常關氮化鎵(GaN)MOSFET,具有市場上所有寬帶隙器件中最強的柵極和最低的反向壓降。它們允許簡單的柵極驅動,提供一流的性能和卓越的可靠性。

◇ 特點:

• 具有高閾值的強柵極,無需負柵極驅動,高重復輸入電壓公差為±20V。

• 快速開啟/關閉速度,減少交叉損失。

• 低QG和簡單的柵極驅動,可在高頻下實現最低的驅動器消耗。

• 在所有SiC和GaN FET中,關態反向傳導的VF最低,死區時損耗低。

• 低QRR適用于出色的硬開關電橋應用。

• 800V的高峰值耐受性增強了可靠性。

◇ 應用:半橋降壓/升壓、圖騰極PFC電路或逆變電路、高效/高頻移相、LLC或其他軟開關拓撲。

其他產品資料可參考:

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此外,該GaN電源方案上還有一款恒泰科的150V N-Ch功率MOSFET。

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型號:GP057N15S

◇ 特點:

• 高速功率平滑開關

• 增強的體二極管dv/dt能力

• 增強雪崩強度

• 100%UI測試,100%Rg測試

• 無鉛

◇ 應用:開關電源中的同步整流、硬開關和高速電路、電動工具、不間斷電源、電機控制。

其他產品資料可參考:

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更值得注意的是,該電源方案還搭載了瞻芯電子自主開發的連續模式圖騰柱PFC控制器 IVCC1102。

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型號:IVCC1102

瞻芯電子自主開發的 IVCC1102 ,不僅能縮短電源開發時間,降低開發人力和器件成本,還能克服多項控制難點,提高電源的可靠性,如反電流倒灌控制、平滑過零點電流控制難題、兼顧低總諧波失真(THD)和快電壓環控制,以及抗雷擊破壞等。

鎵未來700W GaN電源方案拆解:性能穩,效率極高

此外,芯片內置高可靠性的模擬控制,具備快速精確的功率因數校正控制信號輸出,不使用數字電源控制器,無需編程調試。不管是搭配SiC器件,還是搭配GaN器件,瞻芯電子IVCC1102都能大幅簡化器件選型及開發任務,大大加快產品的開發速度,保證方案的高效、高可靠性,迅速推出高性能電源產品。

鎵未來700W圖騰柱PFC+LLC電源方案底面:

鎵未來700W GaN電源方案拆解:性能穩,效率極高

接下來,我們來看一下在GaN電源方案PCB板底面,有哪些主要的元器件。

元器件一:

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型號:NCP13992

NCP13992是安森美的半橋諧振變換器的高性能電流模式控制器。該控制器實現了600V門驅動器,簡化了布局,減少了外部元件數量。在需要PFC前級的應用中,NCP13992具有一個專用輸出,用于驅動PFC控制器。此功能與靜音跳躍操作模式技術一起,進一步提高了整個應用程序的輕負載效率。

NCP13992提供了一套保護功能,允許在任何應用中安全操作,包括過載保護、過載保護−防止硬開關循環的電流保護,棕色−輸出檢測,光耦開路檢測,自動死機−時間調整完畢−電壓(OVP)及過溫(OTP)保護。

◇ 特點:

• 電流模式控制方案

• 用于快速諧振水箱穩定的專用啟動順序

• 鎖定或自動−恢復輸出短路保護

• 嚴重故障條件下的鎖定輸入,例如OVP或OTP

• 根據負載條件進行PFC階段運行控制

• 具有極低泄漏電流的啟動電流源

• 動態自我−電源(DSS)在關閉狀態下運行−模式或故障模式

• 引腳到相鄰引腳/開放引腳故障保護

◇ 典型應用:適配器和離線電池充電器、平板顯示器電源轉換器、計算電源以及工業和醫療電源。

其他產品資料可參考:

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元器件二:

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型號:MP6924A

MP6924A是MPS的一款雙快速關斷智能整流器,用于LLC諧振變換器的同步整流。IC驅動兩個N溝道MOSFET,將其正向壓降調節為Vfwd(MP6924:45mV,MP6924A:29mV),并在開關電流變為負值之前關閉MOSFET。MP6924A具有輕載功能,可在輕載條件下關閉門驅動器,將電流限制在175μa。MP6924A的快速關閉功能可同時啟用連續傳導模式(CCM)和不連續傳導模式(DCM)。MP6924A需要最少數量的現成標準外部組件,并可在SOIC-8封裝中使用。

◇ 特點:

• 適用于標準和邏輯級MOSFET

• 與能源之星兼容

• 快速關閉總延遲35ns

• 寬的4.2V~35V VDD工作范圍

• 輕載模式下175µA低靜態電流

• 支持CCM、CrCM和DCM操作

• 支持高壓側和低壓側整流

• 在一個典型的筆記本電腦適配器中可節省高達1.5W的電量

• 采用SOIC-8封裝

◇ 應用:AC/DC適配器、PC電源、LCD和LED電視、隔離DC/DC電源轉換器。

其他產品特征可參考:

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元器件三:

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型號:NSI6602

NSI6602是納芯微的高可靠性隔離雙通道柵極驅動IC系列,可設計用于驅動開關頻率高達2MHz的功率晶體管。每個輸出可以產生4A和6A峰值電流,具有25ns的快速傳播延遲和5ns的最大延遲匹配。

NSI6602在5*5mm LGA13封裝中為每個UL1577提供2500Vrms隔離,在SOP16(150mil)封裝中提供3000Vrms隔離,在SOP16(300mil)或SOP14(300mil)封裝中提供5700Vrms隔離。

◇ 特點:

• 隔離雙通道驅動器

• 輸入側電源電壓:2.7V至5.5V

• 駕駛員側電源電壓:UVLO最高可達25V

• 高CMTI:±150kV/us典型值

• 6ns最大脈寬失真

• 可編程死區時間

• 接受最小輸入脈沖寬度20ns

• 工作溫度:-40℃~125℃

◇ 應用:服務器、電信和工業隔離DC-DC和AC-DC電源、直流-交流太陽能逆變器、電機驅動和電動汽車充電、UPS和電池充電器。

其他產品資料可參考:

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元器件四:

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型號:LP3716NCK

LP3716NCK采用SOP8L封裝,是一款高度集成的隔離型適配器和充電器的自供電PSR控制芯片,外圍設計極其簡單。LP3716NCK固定原邊峰值電流,通過變壓器原副邊匝比來設置輸出恒流點;通過設定FB上偏電阻和下偏電阻來設置輸出恒壓點。LP3716NCK還集成了多種的保護功能,包括VCC鉗位/欠壓保護,FB腳上電阻開路保護,輸出短路保護,輸出過壓保護以及過溫保護等保護功能。

◇ 特點:

• 集成BJT,適用于12W以下隔離方案

• 內置高精度的固定峰值電流,恒流精度高

• 極低的待機功耗

• 專利的電流驅動,降低溫升

• 輸出線損補償技術

◇ 應用:適配器、充電器、LED驅動電源、線性電源和RCC開關電源升級換代以及其它輔助電源等。

其他產品信息可參考:

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元器件五:

鎵未來700W GaN電源方案拆解:性能穩,效率極高

型號:EL101X

EL101X-G系列器件由一個紅外發光二極管組成,該二極管與光電晶體管探測器進行光學耦合?;衔锸褂糜坞x鹵素和Sb2O3。

◇ 特點:

• 符合游離鹵素標準

• 電流傳輸比

(電流:在IF=5mA,VCE=5V時為50~600%)

(電流:在IF=10mA,VCE=5V時為63~320%)

• 輸入和輸出之間的高隔離電壓(Viso=5000 V rms)

• 緊湊的4針SOP,輪廓為2.0毫米

• 8毫米長的爬電距離

• 無鉛,符合RoHS標準。

• UL認證(編號E214129)

• VDE批準(編號40028391)

• SEMKO批準

• NEMKO批準

• 德姆科批準

• FIMKO批準

◇ 應用:可編程控制器、系統設備、測量儀器、電信設備、風扇加熱器等家用電器、不同電位和阻抗電路之間的信號傳輸。

其他產品資料可參考:

鎵未來700W GaN電源方案拆解:性能穩,效率極高

半導體器件應用網總結:

經過拆解分析,值得一提的是,鎵未來700W GaN電源方案搭載高性能的控制器、整流器和隔離雙通道驅動器等元器件,不僅可實現過溫保護、短路保護等保護功能,而且大大提高電源轉換效率,有效保障電源的安全性和可靠性;同時采用鎵未來自研的G1N65系列GaN MOSFET和恒泰科的功率MOSFET,成就了700W智能混合信號無橋圖騰柱PFC+LLC電源解決方案。整體來說,該GaN電源方案設計大大減少了元器件的數量,同時有效提高電源效率。

據了解,鎵未來700W GaN電源方案滿載效率可高達96.72%,符合80PLUS鈦金能效,適合工作在0-40℃溫度環境,并應用于大功率電源設備;其整機能效的提高,每年可為每臺設備節省80-120度電。目前該GaN電源方案已經實現量產。

 

本文為嗶哥嗶特資訊原創文章,如需轉載請在文前注明來源嗶哥嗶特資訊及作者信息,否則將嚴格追究法律責任。

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