PFC+QR控制器全面国产,120W氮化镓快充方案首秀

2022-01-10

百瓦快充是未来的普及趋势,随着笔记本和手机等大功率设备的普及,已经有多款支持100W以及更大功率的充电器推出,满足消费者的快充需求。之前的100W或者更大功率的快充多采用LLC架构配合同步降压,成本较高,导致产品售价也较高,压制了市场需求。

 

必易微推出了一款高性价比的120W氮化镓快充电源方案,采用临界模式升压PFC+准谐振反激+同步整流的拓扑架构,支持宽范围电压输出,无需使用二次降压电路。相比LLC架构节省了隔离驱动器以及一颗氮化镓开关管的成本,并且支持宽电压输出,节省了二次降压电路的成本,是一款高性能高性价比的大功率快充解决方案。

 

并且伴随着近年来显示器支持PD快充输出,为笔记本实现一线通,必易微高性价比的解决方案还可为显示器提供更高功率的快充。100W PD输出满足大功率笔记本充电及使用需求,释放性能枷锁,提升产品卖点。

 

一、必易微120W氮化镓快充电源参考设计外观

 

必易微120W氮化镓快充方案采用PFC+反激的架构,支持宽电压输出,电路相比LLC方案明显简化,具有明显的成本优势。

 

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必易微120W氮化镓电源参考设计采用两块小板焊接输入端EMI滤波电路和USB-C输出小板,提高整体空间利用率。

 

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参考设计从左到右依次是输入滤波电路,PFC升压电感,高压滤波电容,反激变压器和输出滤波电容,布局清晰明了。

 

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背面从左到右依次是同步整流,反激控制器和氮化镓功率芯片,碳化硅二极管,PFC开关管和PFC控制器。最右侧是整流桥,在正面还有一颗,使用两颗均摊发热。

 

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使用游标卡尺测得电源参考设计长度为65.38mm。

 

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宽度为48.54mm。

 

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高度为25mm,根据实测尺寸计算功率密度为1.51W/cm³。

 

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与苹果140W氮化镓电源对比,大约是苹果的1/2体积。

 

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测得重量约为113.6g。

 

二、必易微120W氮化镓快充电源参考设计解析

 

通过上面的尺寸测量以及尺寸对比,大家对这款120W的电源方案已经有了大概的了解。在120W功率段使用反激能够有效简化充电器设计并降低整体成本,进一步加快大功率充电器和用电设备生态建设。

 

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输入端小板焊接了保险丝,X电容,共模电感等器件,充分利用空间。左侧还预留了折叠插脚的位置,可用于便携式充电器设计。

 

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PFC升压电感,左侧为滤波薄膜电容,右侧是PFC输出滤波电容,来自永铭,KCX系列,耐压400V,容量27μF,四颗并联。

 

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反激变压器特写,采用绝缘胶带缠绕,变压器次级采用利兹线,降低高频损耗。

 

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输出滤波电容采用两颗永铭NPX系列固态电容,耐压25V,820μF容量,两颗并联。

 

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输入端采用两颗整流桥均分发热,整流桥来自沃尔德,型号WRLSB80M,额定电流8A,耐压1000V。

 

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PFC升压控制器来自必易微,型号KP2801,采用临界模式运行,支持单绕组电感,无需辅助绕组。芯片内置高压启动电路,启动时间小于0.2秒。

 

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KP2801内部集成消磁信号检测技术,无需使用辅助绕组进行消磁检测,可降低系统成本。内部集成丰富全面的保护功能,确保稳定正常运行,SOP-8封装降低了空间占用,适合小体积紧凑的电源应用。

 

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PFC整流管采用创能动力 ACD06PS065N,是一颗耐压650V,6A的碳化硅二极管,采用DFN5*6封装。

 

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PFC开关管为英飞凌IPL60R185P7,CoolMOS P7系列,耐压650V,导阻185mΩ。

 

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反激控制器来自必易微,型号KP2202,是一颗高集成度的反激控制器,集成高压启动和X电容放电功能,工作频率最高可达500kHz,支持10-112V供电范围。

 

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KP2202具有500kHz、300kHz和140kHz三档工作频率可调,集成输入过压保护和欠压保护,集成抖频功能以优化EMI性能,芯片支持绿色节能模式和打嗝模式运行,降低待机功耗。

 

KP2202还集成了全面的保护功能,包括供电过压/欠压保护、输出过压保护、输入过压/欠压保护,片内和外置过热保护、逐周期电流限制等多种保护功能。

 

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氮化镓功率芯片采用纳微NV6125,这是一颗集成氮化镓驱动器和氮化镓开关管的氮化镓功率芯片,采用6*8mm 散热增强的QFN封装,内置650V耐压,175mΩ导阻的氮化镓开关管,瞬态耐压可达800V。

 

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两颗贴片Y电容来自特锐祥。

 

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同步整流控制器为KP4060,采用SOT23-6封装,节省空间。KP4060支持600kHz开关频率,满足KP2202 500kHz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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同步整流管来自捷捷微,型号JMSH1207AG,耐压120V,导阻5.6mΩ,采用DFN5*6封装。

 

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USB-C协议芯片采用慧能泰HUSB350,通过了USB PD3.0和PPS认证,用于输出电压控制。

 

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PC817光耦用于输出电压反馈。

 

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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。

 

充电头网总结

 

必易微120W氮化镓快充方案使用了KP2801 PFC控制器,KP2202 QR反激控制器和KP4060同步整流控制器组成。使用反激拓扑可以进行宽电压输出,相比LLC方案更加灵活,无需二次降压电路,降低成本,并提升性价比。

 

这款快充方案的控制器全部由必易微提供,实现了国产厂商大功率氮化镓快充全面国产自主化的成功。反激拓扑相比LLC+二次降压的方案,不仅性能上接近,还具有显著的成本优势,是高效氮化镓电源的有力竞争者。