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            必易微推出65W合封氮化鎵快充方案

            2022-01-04

            隨著氮化鎵快充的普及,將氮化鎵器件與控制器及驅動器等封裝在同一顆芯片內部,逐漸成為主流高效的解決方式。通過將傳統氮化鎵電源中兩顆到三顆芯片集成到一起,既精簡了電源設計,也大大降低了PCB占板面積,滿足快充充電器易生產、高性價比的追求。


            必易微推出了兩款采用DFN8*8封裝的合封氮化鎵芯片,其中KP22066內置了165mΩ氮化鎵開關管,單顆芯片支持100W功率輸出。芯片底部采用大面積散熱PAD,有效降低器件溫升。同時內部還集成了高壓啟動和X電容放電,待機功耗小于30mW,滿足日益嚴苛的能效要求。

             

            氮化鎵與控制器、驅動器全部合封之后,能夠減小寄生參數對高頻應用下的影響,相比傳統多顆芯片的快充解決方案,合封可以大大減小寄生參數所引起的振鈴和過沖,避免寄生參數導致的誤開通,提高充電器的穩定性,滿足高頻開關應用。

             

            一、必易微65W合封氮化鎵快充參考設計外觀

             

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            必易微65W合封氮化鎵快充參考設計采用兩塊小板分別焊接輸入EMI濾波電路和USB-C輸出母座。輸出小板還焊接了協議芯片,簡化電路設計并提高空間利用率。

             

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            由于這款參考設計使用了必易微合封氮化鎵芯片,原邊電路非常精簡,只有一顆整流橋和KP22066氮化鎵合封芯片。

             

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            使用游標卡尺測得電源參考設計長度為51.7mm。


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            高度為23.7mm,根據尺寸計算功率密度為1.766W/cm3。

             

            二、必易微65W合封氮化鎵快充參考設計解析

             

            得益于高集成合封氮化鎵的應用,這款65W快充設計電路非常精簡,不僅具有精簡的電路,效率提升,還具有非常高的功率密度。

             

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            輸入端小板正面焊接保險絲,X電容,共模電感,背面焊接了用于高壓啟動的二極管和限流電阻。

             

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            輸入濾波電容采用永銘KCX系列高壓電容,400V 33μF,共三顆。輸出電壓通過光耦反饋。

             

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            輸出使用了兩顆永銘的NPX固態電容濾波,25V 470μF,兩顆并聯。

             

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            從側面空間看出必易微65W合封氮化鎵參考設計的體積還有很大的縮小空間。

             

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            輸入端整流采用沃爾德WRLSB60M整流橋。

             

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            必易微KP22066是這款快充參考設計的核心元件。KP22066內部集成165mΩ導阻的氮化鎵開關管,反激控制器和可靠的驅動電路。芯片內部集成高壓啟動電路,可縮短啟動時間并降低待機功耗。同時還集成了X電容放電功能,可進一步降低待機功耗。同時內置高可靠的氮化鎵驅動,提供穩定的6.2V柵極驅動電壓。

             

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            KP22066采用了負壓電流采樣技術,驅動回路中沒有采樣電阻,開通時驅動電壓不會受到電流取樣電阻壓降影響,更加高效。合封技術進一步減小了寄生參數對高頻開關的影響,提高整體穩定性。KP22066具有三檔工作頻率可通過管腳配置,支持140kHz、300kHz、500kHz,支持9-112V供電電壓,適配寬電壓輸出應用。

             

            KP2206X內置峰值電流抖動功能以優化EMI,支持綠色模式和打嗝模式工作,芯片內集成了供電欠壓、過壓保護,集成輸入欠壓、過壓保護,集成輸出過壓保護,逐周期電流限制,過載保護,過流保護,過熱保護,電流取樣電阻開路保護等保護措施。

             

            值得一提的是,KP2206X合封芯片還支持雙繞組為芯片供電,具有兩個供電引腳,可以根據輸出電壓,切換供電繞組抽頭。當輸出電壓范圍寬且輸出電壓較高時,芯片可自動切換成低壓繞組供電,降低芯片自身損耗。KP22066采用必易微專有的DFN8*8封裝,將功率走線和控制走線分離,并采用大面積散熱PAD,有效降低溫升,具有優秀的散熱性能。

             

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            貼片Y電容來自特銳祥。

             

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            同步整流控制器同樣來自必易微,型號為KP4060,采用了節省空間的SOT23-6封裝。KP4060支持最高600kHz工作頻率,滿足KP22066高頻開關應用。

             

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            KP4060支持DCM、BCM、CCM、QR工作模式和有源鉗位 Flyback 拓撲,支持600kHz工作頻率,集成高壓檢測電路和高壓供電電路,集成智能雙路LDO,無需輔助繞組供電,支持輸出短路SR工作。

             

            KP4060支持寬范圍輸出電壓應用(0~20V),特別適用于支持QC、PD等協議的快充領域。并且支持高側或低側配置。<30ns 開通和關斷延時,Gate驅動有源鉗位技術,防止寄生耦合導致的誤開通,具有專利的智能電流過零關斷和智能開通檢測技術防止誤開通,確保安全使用。

             

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            同步整流管來自英飛凌,BSC0805LS,NMOS,耐壓100V,導阻8.5mΩ。

             

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            輸出協議芯片來自慧能泰HUSB350,是一顆單C口的協議芯片,已經通過了USB PD3.0和PPS認證。

             

            三、必易微65W合封氮化鎵快充參考設計測試


            下面是必易微提供的關于這款氮化鎵快充的測試信息,必易微已經對這款方案進行了詳盡的測試,測試結果供參考。

             

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            根據必易微提供的測試數據,這款65W合封氮化鎵快充在230Vac輸入時,9、12、15V3A輸出的轉換效率均高于92%,其中20V3.25A滿載輸出轉換效率約為93.5%,相比傳統硅MOS方案性能顯著提升。

             

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            接下來是空載待機功耗測試,110Vac輸入時,空載輸入功耗為19.7mW,230Vac輸入時,空載輸入功耗為26mW,待機功耗表現亮眼。

             

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            KP22066具有出色的過載一致性保護,5,9V輸出時最大輸出電流為7A,12,15,20V輸出時最大輸出電流小于5A,符合安規LPS要求。

             

            接下來是KP22066的傳導測試。

             

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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

             

            通過測試可以看出,KP22066的傳導測試均符合標準,并且具有較大的裕量。

             

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            必易微目前已推出多款完整的氮化鎵快充解決方案,包括大功率應用的KP2801 PFC控制器、可直驅氮化鎵開關管的KP2206/2202、合封氮化鎵芯片KP22064/22066以及高頻同步整流控制器KP4060。此外,使用PFC+氮化鎵合封形式的120W快充方案現已推出,充電頭網在近期就會為大家帶來詳細解析及測試。

             

            充電頭網總結

             

            通過對必易微65W合封氮化鎵快充參考設計的展示,我們充分感受到了氮化鎵合封的體積優勢。合封芯片能夠顯著降低器件數量,簡化充電器的設計。器件數量的減少可以降低充電器的量產成本并加快生產速度,從而加速搶占市場。

             

            通過轉換效率和待機功耗的測試,可以明顯看出合封氮化鎵芯片將控制器、驅動器以及氮化鎵器件集成后的性能優勢。效率的提升以及待機功耗的降低,滿足了日趨嚴格的能效標準,對環境更加友好,助力節能減排。


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