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            芯干線推出480W氮化鎵電源方案,采用四顆氮化鎵器件

            2022-06-18

            通過應用氮化鎵器件到快充充電器中,顯著提升了USB PD快充充電器的功率密度,使充電器的體積更小,并且支持更多接口,擺脫了傳統的大板磚印象,讓充電器變得更加時尚。那么氮化鎵引入到傳統電源適配器中,能帶來什么樣的改變呢?

             

            充電頭網拿到了芯干線推出的一款480W電源模塊,采用高效的PFC+LLC電源架構,輸出使用同步整流,其中兩顆XG6510B8氮化鎵開關管用于PFC升壓,兩顆XD6506F8碳化硅二極管用于PFC整流,兩顆XG6510B8組成LLC半橋。電源模塊輸出規格為48V10A,轉換效率達到96%,滿足大功率POE應用和USB PD3.1 240W快充應用。

             

            充電頭網下面就對這款氮化鎵電源模塊進行解析,看看氮化鎵技術的引入,對常見的電源模塊帶來了哪些改變吧。

             

            芯干線480W氮化鎵電源方案外觀

             

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            這款電源模塊底部固定了一整面金屬散熱片,用于為貼片封裝的功率器件散熱。伴隨著封裝技術與半導體技術的進步,芯干線這款電源采用全貼片的功率器件設計,簡化了生產工藝。

             

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            另外一面可以看到PFC升壓電感和LLC變壓器,在變壓器的側面焊接一塊小板,用于電源的整機控制,PCB尾部四顆固態電容用于輸出濾波。

             

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            測得模塊長度為159.95mm。

             

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            寬度為50.22mm。

             

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            厚度為40.46mm。

             

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            拿在手上的大小直觀感受。

             

            芯干線480W氮化鎵電源方案解析

             

            在對方案模塊尺寸有所了解后,下面來看看方案器件的具體信息。

             

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            電源模塊從左到右依次為輸入EMI電路,PFC升壓電感,高壓濾波電容和LLC變壓器,最右側垂直一排是輸出濾波固態電容。電源輸入輸出均采用插件連接,便于在設備中應用。

             

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            側面可以看到PFC升壓電感采用兩個磁環疊加繞制,PCBA底部采用三塊導熱墊進行散熱。

             

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            另外一面是電源控制小板和兩個整流橋,垂直焊接,小板上焊有光耦,用于輸出電壓反饋。

             

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            模塊背面是一整片散熱鋁板,通過螺絲固定在電路板背面。

             

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            擰開固定螺絲,拆下電源背面的散熱鋁板,三塊導熱墊分別對應PFC升壓電路,LLC開關管和同步整流電路。

             

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            電源背面從左至右依次是PFC升壓開關管,PFC升壓整流管,LLC半橋開關管和同步整流管。

             

            通過對電源模塊整體觀察,芯干線這款480W電源模塊采用NXP恩智浦TEA2017二合一控制器進行PFC和LLC控制,輸出采用TEA2095進行LLC同步整流,初級側使用兩顆芯干線XG6510B8氮化鎵開關管用于PFC升壓,兩顆XG6510B8組成LLC半橋。

             

            PFC升壓整流使用兩顆芯干線XD6506F8碳化硅二極管,在CCM模式下,有效降低整流二極管的反向恢復損耗。下面從輸入端開始了解電源各個器件的信息。

             

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            電源輸入端保險絲規格為10A 300V。

             

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            壓敏電阻型號為14D511,用于輸入過壓保護,連接在保險絲后面,并聯接入電路,在輸入電壓超過動作電壓時,壓敏電阻導通,保險絲熔斷切斷電路,從而起到保護作用。

             

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            第一級共模電感,使用絕緣線和漆包線繞制。

             

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            安規X2電容來自WQC威慶電子,容量為0.68μF。

             

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            第二顆共模電感使用漆包線繞制,兩個線圈之間有電木板絕緣。

             

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            電源使用兩顆GBU1506整流橋用于輸入整流,15A600V。整流橋為半橋接法,使用兩顆組成全橋均攤發熱。

             

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            用于抑制上電浪涌電流的NTC熱敏電阻,藍色繼電器用于在啟動后旁路掉NTC熱敏電阻,消除熱敏電阻串聯在電路中的功率損耗。

             

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            CL21X薄膜電容配合磁環電感進行濾波,為PFC電路供電,電容規格為1μF 450V。

             

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            磁環電感特寫,內部涂膠固定。

             

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            第二顆薄膜濾波電容。

             

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            PFC升壓電感采用兩個磁環疊加繞制,底部墊有塑料片絕緣。

             

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            芯干線這款480W電源模塊的初級控制器采用NXP恩智浦TEA2017,這是一顆集成了多模式PFC和數字配置的LLC二合一的控制器,通過將兩顆芯片整合在一起,可以同時輸出PFC和LLC驅動信號,無需傳統獨立的兩顆芯片。

             

            恩智浦TEA2017AAT是一款數字化可配置LLC和PFC組合控制器,用于高效諧振電源。它包括LLC和PFC控制器功能。PFC經配置可在DCM/QR、CCM固定頻率或支持所有操作模式的多模式下運行,優化PFC效率。TEA2017AAT能夠構建一個完整的諧振電源,電源設計簡便,組件數量少。TEA2017AAT采用小型窄條SO16封裝。

             

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            PFC升壓開關管使用兩顆芯干線氮化鎵開關管并聯,型號為XG6510B8,是一顆耐壓為650V的增強型氮化鎵開關管,導阻為100mΩ,具有低導通電阻和低輸入電容,無反向恢復損失,支持高頻運行。

             

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            芯干線XG6510B8采用DFN8*8封裝,可用于PD快充,開關電源,PC電源,電池快充,PFC功率因數校正,LED電源以及POE電源等。

             

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            PFC開關管電流檢測電阻,采用兩顆100mΩ和一顆75mΩ電阻并聯。

             

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            PFC升壓整流管使用兩顆芯干線碳化硅二極管并聯,型號為XD6506F8,是一顆耐壓650V的碳化硅二極管,在135℃下的工作電流為11A,具有零反向恢復電流,正溫度系數,易于并聯操作,支持高速開關,具有低開關損耗以及低散熱需求。

             

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            芯干線XD6506F8采用DFN8*8封裝,適用于開關電源,PFC功率因數校正,電機驅動,牽引逆變器和充電樁等。

             

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            兩顆PBMUR5JE超快恢復二極管并聯,用于在電源上電時為高壓電解電容充電,消除對PFC電路的沖擊。

             

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            兩顆高壓濾波電容來自豐賓,規格均為120μF 450V,用于將PFC輸出的脈動直流電濾波,為LLC級供電。

             

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            另一顆初級濾波電容規格同樣為120μF 450V。

             

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            LLC半橋兩顆開關管與PFC開關管同一型號,均為XG6510B8。

             

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            兩顆MURS160快恢復二極管與氮化鎵開關管并聯,起到續流作用,提高效率。

             

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            小板與諧振電容之間焊接為主控芯片供電的濾波電容,規格為50V 47μF。

             

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            綠色諧振電容特寫,來自JURCC捷威。

             

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            諧振電感上貼有標簽,標注線徑和圈數,電感量20μH。

             

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            LLC變壓器也貼有標簽。

             

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            兩顆貼片Y電容均來自四川特銳祥科技股份有限公司,料號TMY1152M,具有體積小、重量輕等特色,非常適合應用于氮化鎵快充這類高密度電源產品中。

             

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

             

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            充電頭網了解到,特銳祥貼片Y電容除了被貝爾金、安克、QCY、聲麗、麥多多、OPPO、聯想、努比亞、倍思、海陸通、第一衛等品牌的數十款快充產品使用,此外還被伊戈爾40W LED驅動電源、長虹42英寸智能網絡電視42P3F內置電源、卓飛航45W氮化鎵超快墻充等產品使用,性能獲得客戶一致認可。

             

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            輸出同步整流電路一覽,使用兩顆MOS管與同步整流控制器組成LLC同步整流電路。

             

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            同步整流管來自恒泰柯,型號為HGT041N15S,是一顆耐壓150V的NMOS,導阻3.8mΩ,采用TOLL封裝。

             

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            同步整流控制器采用NXP恩智浦 TEA2095,是一顆雙路同步整流控制器,內置兩個驅動器,可以同時驅動兩個同步整流管,并支持獨立工作。并采用自適應的柵極器,提高運行效率。

             

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            輸出固態電容來自豐賓,規格為330μF 63V,四顆并聯用于輸出濾波。

             

            充電頭網總結

             

            芯干線推出的480W氮化鎵電源功率密度約為1.5W/cm3,可以看到第三代半導體功率器件的應用,顯著降低了電源的散熱要求,并縮減了電源的體積。480W的電源尺寸僅與常規的筆記本電源尺寸相當,滿足POE交換機和USB PD3.1快充應用。

             

            這款電源中在PFC升壓開關管和LLC開關管中使用芯干線氮化鎵開關管,型號為XG6510B8,PFC升壓整流管采用XD6506F8碳化硅二極管。新一代的半導體器件,有效降低損耗,提升轉換效率,改善大功率開關電源產品的使用體驗。

             

            芯干線科技是一家專注于第三代半導體功率器件及模塊設計研發的高科技企業。公司由該行業國際知名專家領銜,團隊擁有成熟流片經驗兼具多年創業公司管理能力,同時吸引了相關上市公司市場銷售總監以及電源行業資深專家等一批優秀人才加入。

             

            公司產品線包括增強型氮化鎵功率器件(X-GaN),碳化硅功率器件(X-SiC)以及第三代半導體電源模塊。芯干線為下游客戶提供先進的第三代半導體應用方案和全面的技術支持,涵蓋消費級、工業級等各領域,幫助客戶用最短的時間實現最大的效益。


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