恩智浦联合英诺赛科推出150W大功率氮化镓电源方案，打造大功率性能标杆

Original 充电头网编辑部充电头网 2022-04-22

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随着氮化镓器件的普及，其高频高效的特性，降低了开关损耗并提高了开关频率，显著提高了电源的转换效率并缩小了USB PD快充体积，使常规同功率快充的体积缩减到原有的一半。同时，氮化镓不仅可以用在USB PD快充上，还可以用在非常多的大功率电源转换的场合。笔记本电源或者多口快充，也可以使用氮化镓技术来降低发热，减小体积。

英诺赛科联合恩智浦开发了一款150W氮化镓电源方案，这款电源使用全套恩智浦的控制器，PFC和LLC开关管使用英诺赛科的氮化镓功率器件，输出电压为21.5V，可用于笔记本电脑供电或者独立降压的多口USB PD快充应用。电源方案的体积仅有65*55*22mm，功率密度达到1.9W/cm³，并且具有95%以上的高效率。

这款氮化镓150W开关电源参考设计采用了PFC+LLC的电路架构，支持90-264V宽电压输入，空载功率小于80mW，内部采用恩智浦全套控制器方案。主动桥式整流，二合一Combo控制器和同步整流控制器全部来自恩智浦，PFC升压开关管和LLC开关管采用英诺赛科的氮化镓开关器件。

实测这款150W氮化镓电源参考设计满载输出效率，在115Vac输入时，转换效率高于94%，230Vac输入时，转换效率高于95%。在230Vac输入下的空载损耗小于100mW。

一、150W氮化镓电源参考设计外观

从正面可以看出，这款150W参考设计采用了4块小板垂直焊接在大板上的方式，增加电路板可用面积，提高空间利用率。四块小板分别是主动桥式整流，PFC开关管，LLC开关管和同步整流，穿插在PFC升压电感和LLC变压器之间。

由于使用多块小板焊接，以及使用了高集成度的恩智浦PFC+LLC二合一控制器，这款150W参考设计的电路元件非常精简，大幅降低了电源方案调试生产工序。

使用游标卡尺实测电路板长度约为65mm。

使用游标卡尺实测电路板宽度约为55mm。

使用游标卡尺实测电路板高度为19.32mm。

重量为100.7g。

二、150W氮化镓电源参考设计电路解析

这款150W氮化镓电源，在初级使用了主动整流，以降低整流管压降带来的损耗。使用TEA2206T主动整流控制器+TEA2017AAT PFC+LLC控制器+TEA2095T同步整流控制器的全套恩智浦电源方案，搭配英诺赛科新款INN650DA260A氮化镓器件，采用DFN5*6封装，实现高性能小体积的150W开关电源设计。

开关电源输入采用主动整流桥设计，以降低整流桥压降带来的损耗。使用主动整流，还免去了传统整流桥的散热要求，使电源的设计更加紧凑。

恩智浦TEA2206T是一种有源桥式整流器控制器，适用于采用MOSFET代替传统二极管桥中的两个低边二极管。通过把TEA2206T与低导阻高压外置MOSFET配合使用，可显著提高功率转换器的效率，因为典型的整流二极管正向传导损耗降低了50%。

电源内部采用恩智浦TEA2017控制器，这是一颗集成了多模式PFC和数字配置的LLC二合一的控制器，将两颗芯片整合在一起，可以同时输出PFC和LLC驱动信号，无需传统独立的两颗芯片。

恩智浦TEA2017AAT是一款数字化可配置LLC和PFC组合控制器，用于高效谐振电源。它包括LLC和PFC控制器功能。PFC经配置可在DCM/QR、CCM固定频率或支持所有操作模式的多模式下运行，优化PFC效率。TEA2017AAT能够构建一个完整的谐振电源，电源设计简便，组件数量少。TEA2017AAT采用小型窄条SO16封装。

TEA2017AAT数字架构基于高速可配置硬件状态机，确保可靠性、实时性。在电源开发过程中，LLC和PFC控制器的多种操作和保护设置都可以通过向设备加载新设置来进行调整，以满足特定的应用要求。专有TEA2017AAT配置内容未经授权无法复制，配置安全得以保证。

与传统的谐振拓扑相比，TEA2017AAT由于采用LLC低功耗模式，在低负载时表现出非常高的效率。此模式在连续切换(也称为大功率模式)和间歇模式之间的功率区域内运行。

PFC升压开关管采用两颗英诺赛科 INN650DA260A并联。

LLC开关管采用两颗英诺赛科 INN650DA260A组成半桥，PFC开关管和LLC开关管均由TEA2017AAT控制。

英诺赛科INN650DA260A是一颗650V耐压的增强型氮化镓开关管，采用DFN5*6封装，瞬态耐压可达800V，支持超高的开关频率，无反向恢复电荷，具有极低的栅极电荷和输出电荷，符合JEDEC标准的工业应用要求，内置ESD保护，符合RoHS、无铅、欧盟REACH法规。

英诺赛科INN650DA260A导阻典型值为260mΩ，支持开尔文源极，栅极驱动电压6V，支持7V耐压，最高可承受-20V到10V的脉冲。可用于65-120W的反激架构适配器，120-200W的PFC、LLC架构适配器。

次级同步整流控制器采用恩智浦TEA2095T进行同步整流控制，内置两个驱动器，可以同时驱动两个同步整流管，并支持独立工作。

TEA2095T/TE是一款开关模式电源用的高性能同步整流器(SR)控制器IC。同步整流控制器采用自适应栅极驱动方法，可在任何负载下节省最大能量。提高轻载效率，TEA2095T/TE可在90μA的条件下以-25 mV的稳压水平工作，从而优化了与低导阻MOSFET配合使用。

通过使用恩智浦高集成的电源方案，搭配英诺赛科的氮化镓器件，两者的性能得到充分发挥，实现了紧凑可靠高效率的开关电源设计。主动桥式整流，可将传统整流桥的传导损耗降低一半，从而减小整流桥的散热设计。使用LLC拓扑能够有效减小初级开关管的开关损耗，提高转换效率。输出使用同步整流，有效降低传统二极管压降损耗，配合紧凑的电源设计，实现高效率，小体积的氮化镓电源方案设计。

恩智浦是一家领先的综合性半导体公司，其产品应用非常广泛，产品涵盖安全互联汽车、移动设备、工业物联网、智慧城市、智慧家居、通信基础设施等市场与应用领域。恩智浦比较闻名的是汽车领域，推动安全互联应用的创新。同时恩智浦旗下也有着丰富的芯片产品线，本次介绍的电源参考设计的全部控制器方案都是来自恩智浦半导体。

英诺赛科是全球领先的硅基氮化镓IDM企业，当前出货量已突破4000万颗，其中应用于快充的高压器件已经被联想、努比亚、魅族、ANKER、绿联、倍思、品胜、MOMAX、ROCK、REMAX、QCY、Lapo、tegic 等多家知名品牌和厂商的上百款产品所采用，市场前景非常广阔。