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基於潤新微全氮化鎵器件設計,240W雙管反激電源方案解析

2024-01-27 17:07:13

前言

潤新微推出了一款雙管反激(QR Turbo)拓撲的氮化鎵開關電源DEMO,這款DEMO採用PFC+QR Turbo+同步整流拓撲,搭配使用了潤新微RX65T300PS2H和RX65T300HS2A兩款氮化鎵開關管,並使用同步整流,提高轉換效率。這款開關電源DEMO採用長方形造型,滿足介面卡應用。

這款電源DEMO額定輸入電壓範圍為176~264Vac,輸出規格為24V10A,額定輸出功率為240W,滿載轉換效率達到了94%。下面充電頭網就對潤新微這款240W電源DEMO進行解析,介紹電源方案的設計和用料。

潤新微240W電源方案DEMO外觀

這款電源DEMO的PCBA為長條形設計,輸入端焊接電源接線柱,兩級EMI濾波電路,依次為PFC和開關電源電路,在中間區域設有濾波電容。

輸出端設有一塊散熱片,設有固態電容和電解電容濾波,並設有一顆濾波電感。

PCBA模組正面一覽,左側為EMI濾波電路,整流橋,PFC升壓電感,高壓濾波電容,右側焊接變壓器和輸出濾波電容。

PCBA模組背面焊接PFC控制器,開關電源控制,氮化鎵開關管和同步整流控制器。

測得PCBA模組長度約為233mm。

PCBA模組寬度約為42mm。

PCBA模組高度約為25mm。

測得模組重量約為283g。

潤新微240W電源方案DEMO解析

輸入端焊接接線端子。

PCBA模組側面一覽,輸入端焊接綠色NTC熱敏電阻。

另一側輸入端焊接黃色壓敏電阻。

電源輸入端接線端子特寫。

輸入端保險絲來自誠潤,規格為5A 250V。

輸入端壓敏電阻型號ZVR10D561K,用於浪湧保護。

NTC熱敏電阻用於抑制上電的浪湧電流。

共模電感採用漆包線和絕緣線繞制。

安規X2電容來自科尼盛,規格為0.47μF。

第二級共模電感採用扁銅線繞制。

另一顆壓敏電阻型號HVR10D391,與左側貼片氣體放電管串聯,用於過壓保護。

兩顆安規Y電容特寫。

PCBA模組背面焊接兩顆貼片放電管,用於浪湧過電壓保護。

整流橋固定鋁片散熱器。

在濾波電感兩側為薄膜電容。

薄膜濾波電容來自捷威,規格為1μF450V。

PFC控制器來自MPS,型號MP44014,運行於臨界導通模式,具備極低的啟動電流和低靜態電流,具備精密可調的輸出過壓保護。

在散熱片上固定PFC開關管和PFC整流管。

PFC開關管來自潤新微電子,型號RX65T300PS2H,是一顆Cascode級聯結構的氮化鎵開關管,器件耐壓為650V,導阻240mΩ,採用TO220封裝。RX65T300PS2H支援20V柵極電壓,可相容傳統控制器,簡化驅動電路,同時柵極耐壓有足夠的裕量應對開關過程中的電壓過沖等不利因素,避免造成器件的潛在損傷和失效。

潤新微RX65T300PS2H資料資訊。

PFC升壓電感採用利茲線繞制。

PFC整流管來自揚傑,型號MUR2060CT,是一顆超快恢復二極體,規格為600V 20A,採用TO220封裝。

ES5J二極體用於PFC旁路。

高壓濾波電容來自永銘,規格為100μF450V,兩顆並聯。

電源主控晶片來自必易微,型號KP2202,晶片內建高壓啟動,整合X電容放電,支援500KHz開關頻率,支援搭配氮化鎵器件使用。晶片運行於谷底導通模式,支援綠色節能模式和突發模式,待機功耗小於30mW,並且還具備完善全面的保護功能。

反激開關管同樣來自潤新微電子,型號RX65T300HS2A,是一顆Cascode級聯結構的氮化鎵開關管,器件耐壓為650V,導阻240mΩ,採用DFN8*8封裝。RX65T300HS2A支援20V柵極電壓,可相容傳統控制器,簡化驅動電路,同時柵極耐壓有足夠的裕量應對開關過程中的電壓過沖等不利因素,避免造成器件的潛在損傷和失效。

潤新微電子 RX65T300HS2A 資料資訊。

兩顆270mΩ取樣電阻用於檢測開關管電流。

隔離驅動變壓器用於驅動另一顆開關管。

另一顆氮化鎵開關管型號相同。

兩顆為主控晶片供電的濾波電容規格為10μF50V。

變壓器磁芯嚴密纏繞膠帶絕緣。

貼片Y電容來自四川特銳祥科技股份有限公司,具有體積小、重量輕等特色,非常適合應用於氮化鎵快充這類高密度電源產品中。料號為TMY1102M。

特銳祥專注於被動元器件的研發、生產及銷售,註冊資本1億元。旗下有自主電容品牌兩類:SMD TRX及DIP TY電容器,TRX將致力於陶瓷材料的研究,以拓展更多品類的應用,為客戶提供更多的解決方案。

充電頭網瞭解到,特銳祥貼片Y電容除了被倍思高通QC5認證100W氮化鎵快充、麥多多100W氮化鎵、OPPO 65W超級閃充氮化鎵充電器、聯想90W氮化鎵快充、努比亞65W氮化鎵充電器、倍思120W氮化鎵+碳化矽PD快充充電器等數十款大功率充電器使用外,也可應用於海陸通、第一衛、貝爾金等品牌20W迷你快充上,效能獲得客戶一致認可。

另一顆貼片Y電容料號相同。

億光 EL1019光耦用於輸出電壓反饋。

同步整流控制器絲印IBHJN,實際型號為MP6908A,來自MPS芯源半導體,最高工作頻率600KHz。支援DCM、CCM、QR、ACF多種工作模式,支援高側和低側應用,具備振鈴檢測防止誤開通。

在散熱片上固定兩顆同步整流管。

同步整流管來自華潤微,型號CRST073N15N,NMOS,耐壓150V,導阻6.2mΩ,採用TO220封裝。

輸出端焊接濾波固態電容,濾波電解電容和濾波電感。

兩顆濾波固態電容來自永立,規格為1000μF35V。

一顆電解電容來自米朗,規格為35V1000μF。

輸出磁環濾波電感特寫。

充電頭網總結

透過對潤新微這款240W電源方案DEMO進行解析後發現,這款電源方案採用了MPS的MP44014 PFC控制器和MP6908A 同步整流控制器,使用潤新微RX65T300PS2H氮化鎵開關管。開關電源為雙管反激架構,採用必易微KP2202用於開關電源控制,使用兩顆潤新微RX65T300HS2A氮化鎵開關管,並使用隔離變壓器進行上管驅動。

電源輸入端設有壓敏電阻,內部多處使用氣體放電管進行過壓保護,提升浪湧保護能力。PFC開關管,整流管和同步整流管均設有散熱片,可透過加裝散熱片,提升散熱效能,降低大功率輸出的溫升。雙管反激電源方案搭配氮化鎵開關管,可以做到與LLC拓撲接近的轉換效率,並具備成本優勢。

潤新微氮化鎵開關管具有DFN5*6,DFN8*8與TO220多種封裝形式,產品技術成熟,柵極驅動電壓安全區間大,應用簡單,並已透過JEDEC可靠性測試,產品滿足消費電子,工業電子和汽車電子應用需求。

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