必易微推出65W合封氮化镓快充方案

2022-01-04

随着氮化镓快充的普及,将氮化镓器件与控制器及驱动器等封装在同一颗芯片内部,逐渐成为主流高效的解决方式。通过将传统氮化镓电源中两颗到三颗芯片集成到一起,既精简了电源设计,也大大降低了PCB占板面积,满足快充充电器易生产、高性价比的追求。


必易微推出了两款采用DFN8*8封装的合封氮化镓芯片,其中KP22066内置了165mΩ氮化镓开关管,单颗芯片支持100W功率输出。芯片底部采用大面积散热PAD,有效降低器件温升。同时内部还集成了高压启动和X电容放电,待机功耗小于30mW,满足日益严苛的能效要求。

 

氮化镓与控制器、驱动器全部合封之后,能够减小寄生参数对高频应用下的影响,相比传统多颗芯片的快充解决方案,合封可以大大减小寄生参数所引起的振铃和过冲,避免寄生参数导致的误开通,提高充电器的稳定性,满足高频开关应用。

 

一、必易微65W合封氮化镓快充参考设计外观

 

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必易微65W合封氮化镓快充参考设计采用两块小板分别焊接输入EMI滤波电路和USB-C输出母座。输出小板还焊接了协议芯片,简化电路设计并提高空间利用率。

 

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由于这款参考设计使用了必易微合封氮化镓芯片,原边电路非常精简,只有一颗整流桥和KP22066氮化镓合封芯片。

 

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使用游标卡尺测得电源参考设计长度为51.7mm。


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宽度为30mm。

 

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高度为23.7mm,根据尺寸计算功率密度为1.766W/cm³。

 

二、必易微65W合封氮化镓快充参考设计解析

 

得益于高集成合封氮化镓的应用,这款65W快充设计电路非常精简,不仅具有精简的电路,效率提升,还具有非常高的功率密度。

 

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输入端小板正面焊接保险丝,X电容,共模电感,背面焊接了用于高压启动的二极管和限流电阻。

 

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输入滤波电容采用永铭KCX系列高压电容,400V 33μF,共三颗。输出电压通过光耦反馈。

 

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输出使用了两颗永铭的NPX固态电容滤波,25V 470μF,两颗并联。

 

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从侧面空间看出必易微65W合封氮化镓参考设计的体积还有很大的缩小空间。

 

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输入端整流采用沃尔德WRLSB60M整流桥。

 

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必易微KP22066是这款快充参考设计的核心元件。KP22066内部集成165mΩ导阻的氮化镓开关管,反激控制器和可靠的驱动电路。芯片内部集成高压启动电路,可缩短启动时间并降低待机功耗。同时还集成了X电容放电功能,可进一步降低待机功耗。同时内置高可靠的氮化镓驱动,提供稳定的6.2V栅极驱动电压。

 

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KP22066采用了负压电流采样技术,驱动回路中没有采样电阻,开通时驱动电压不会受到电流取样电阻压降影响,更加高效。合封技术进一步减小了寄生参数对高频开关的影响,提高整体稳定性。KP22066具有三档工作频率可通过管脚配置,支持140kHz、300kHz、500kHz,支持9-112V供电电压,适配宽电压输出应用。

 

KP2206X内置峰值电流抖动功能以优化EMI,支持绿色模式和打嗝模式工作,芯片内集成了供电欠压、过压保护,集成输入欠压、过压保护,集成输出过压保护,逐周期电流限制,过载保护,过流保护,过热保护,电流取样电阻开路保护等保护措施。

 

值得一提的是,KP2206X合封芯片还支持双绕组为芯片供电,具有两个供电引脚,可以根据输出电压,切换供电绕组抽头。当输出电压范围宽且输出电压较高时,芯片可自动切换成低压绕组供电,降低芯片自身损耗。KP22066采用必易微专有的DFN8*8封装,将功率走线和控制走线分离,并采用大面积散热PAD,有效降低温升,具有优秀的散热性能。

 

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贴片Y电容来自特锐祥。

 

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同步整流控制器同样来自必易微,型号为KP4060,采用了节省空间的SOT23-6封装。KP4060支持最高600kHz工作频率,满足KP22066高频开关应用。

 

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KP4060支持DCM、BCM、CCM、QR工作模式和有源钳位 Flyback 拓扑,支持600kHz工作频率,集成高压检测电路和高压供电电路,集成智能双路LDO,无需辅助绕组供电,支持输出短路SR工作。

 

KP4060支持宽范围输出电压应用(0~20V),特别适用于支持QC、PD等协议的快充领域。并且支持高侧或低侧配置。<30ns 开通和关断延时,Gate驱动有源钳位技术,防止寄生耦合导致的误开通,具有专利的智能电流过零关断和智能开通检测技术防止误开通,确保安全使用。

 

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同步整流管来自英飞凌,BSC0805LS,NMOS,耐压100V,导阻8.5mΩ。

 

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输出协议芯片来自慧能泰HUSB350,是一颗单C口的协议芯片,已经通过了USB PD3.0和PPS认证。

 

三、必易微65W合封氮化镓快充参考设计测试


下面是必易微提供的关于这款氮化镓快充的测试信息,必易微已经对这款方案进行了详尽的测试,测试结果供参考。

 

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根据必易微提供的测试数据,这款65W合封氮化镓快充在230Vac输入时,9、12、15V3A输出的转换效率均高于92%,其中20V3.25A满载输出转换效率约为93.5%,相比传统硅MOS方案性能显著提升。

 

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接下来是空载待机功耗测试,110Vac输入时,空载输入功耗为19.7mW,230Vac输入时,空载输入功耗为26mW,待机功耗表现亮眼。

 

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KP22066具有出色的过载一致性保护,5,9V输出时最大输出电流为7A,12,15,20V输出时最大输出电流小于5A,符合安规LPS要求。

 

接下来是KP22066的传导测试。

 

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220Vac (L)-20V/3.25A

 

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220Vac (N)-20V/3.25A

 

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110Vac (L)-20V/3.25A

 

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110Vac (N)-20V/3.25A

 

通过测试可以看出,KP22066的传导测试均符合标准,并且具有较大的裕量。

 

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必易微目前已推出多款完整的氮化镓快充解决方案,包括大功率应用的KP2801 PFC控制器、可直驱氮化镓开关管的KP2206/2202、合封氮化镓芯片KP22064/22066以及高频同步整流控制器KP4060。此外,使用PFC+氮化镓合封形式的120W快充方案现已推出,充电头网在近期就会为大家带来详细解析及测试。

 

充电头网总结

 

通过对必易微65W合封氮化镓快充参考设计的展示,我们充分感受到了氮化镓合封的体积优势。合封芯片能够显著降低器件数量,简化充电器的设计。器件数量的减少可以降低充电器的量产成本并加快生产速度,从而加速抢占市场。

 

通过转换效率和待机功耗的测试,可以明显看出合封氮化镓芯片将控制器、驱动器以及氮化镓器件集成后的性能优势。效率的提升以及待机功耗的降低,满足了日趋严格的能效标准,对环境更加友好,助力节能减排。