聚能创芯推出LLC架构140W氮化镓电源方案
百瓦USB PD充电器是市场上的新宠,单口最大可输出100W功率,并且支持双口功率盲插,同时还支持多个设备同时快速充电,实用性非常优秀。正因为性能强大,功能全面,被广大消费者接受,逐渐成为USB PD市场的主要出货功率。
针对日益壮大的百瓦快充市场,氮化镓器件原厂聚能创芯推出了一款LLC拓扑的140W开关电源,使用氮化镓开关管用于PFC升压和LLC谐振,并且使用碳化硅二极管作为PFC升压整流。
这款电源方案采用了高度集成的MPS HR1211二合一主控芯片,内部集成PFC和LLC控制器,可实现精简的电源设计。实测电源方案尺寸为70*60*22.5mm,功率密度达到1.47W/cm³,配合二次降压电路可实现多口大功率USB PD应用,或直接连接输出线,用于笔记本等设备供电。
一、聚能创芯140W氮化镓电源参考设计外观
聚能创芯140W氮化镓电源参考设计采用三块小板与大板的组合方式。其中两块小板分别焊接滤波电容,另一块小板焊接输入滤波器件。
背面可以看到两颗整流桥,氮化镓开关管,电源采用MPS HR1211+MP6924A组成高效率LLC电源,HR1211内部集成PFC和LLC控制器,MP6924A用于输出同步整流。聚能创芯的增强型氮化镓器件可以使用HR1211直驱,无需外置驱动器。
使用游标卡尺测量电源长度约为70mm。
电源宽度为60mm。
电源厚度约为22.5mm。
测得这款140W电源方案重量为114.9g。
这款140W的电源方案和100W多口氮化镓电源的体积接近。
二、聚能创芯140W氮化镓电源参考设计解析
聚能创芯140W氮化镓电源使用了MPS HR1211二合一控制器,芯片内部集成PFC和LLC控制器,PFC控制器支持根据负载联动,以获得优秀的待机功耗和转换效率表现。
聚能创芯140W电源方案正面一览。
聚能创芯140W电源方案背面一览。
输入端小板焊接输入保险丝,共模电感,X电容和Y电容等器件。
输入端两颗Y电容均来自特锐祥。
电路板一侧为滤波电感,薄膜滤波电容和PFC升压电感。
另一侧为LLC谐振电容,谐振电感和LLC变压器。
输出采用固态电容滤波,焊接在垂直的小板上,节省PCB面积。
PFC升压输出滤波采用四颗永铭KCX系列高压电容并联。
输入端整流采用沃尔德WRLSB80M整流桥,使用两颗均摊发热。
电源主控芯片采用MPS HR1211,是一颗多模式PFC和电流模式LLC二合一控制器,将传统芯片方案需要2-3颗芯片才能实现的功能集成在一颗芯片内部,PFC控制器支持CCM和DCM工作模式。
HR1211采用数字控制内核,支持高压启动和智能X电容放电,PFC级支持最高250KHz工作频率,LLC级内置600V半桥驱动器,内部集成自举二极管,工作频率高达500KHz,支持丰富的保护功能。
PFC升压采用聚能创芯CGL65R150B氮化镓开关管,CGL65R150B是一款耐压650V,导阻120mΩ的增强型氮化镓开关管,支持超快开关,具有低栅极电荷和输出电荷,支持开尔文源极,符合JEDEC的标准级应用认证。
聚能创芯CGL65R150B采用PQFN8*8封装,适用于高压AC/DC转换,可用在140W功率段PFC主功率开关管,240W功率段 LLC主功率开关管。
PFC升压整流管采用美浦森 MSM06065G1 碳化硅二极管,采用DFN5*6封装。碳化硅二极管具有极低的反向恢复恢复电流,能够降低反向恢复电流带来的EMI辐射和效率降低,从而提升电源的转换效率。
LLC半桥使用两颗聚能创芯CGK65R400B 氮化镓开关管,聚能创芯CGK65R400B是一款耐压650V,导阻350mΩ的增强型氮化镓开关管,支持超快开关,具有低栅极电荷和输出电荷,支持开尔文源极,符合JEDEC的标准级应用认证。
聚能创芯CGK65R400B采用PQFN5*6封装,适用于高压AC/DC转换,可应用在30W功率段反激主功率开关管,120W LLC主功率开关管。
贴片Y电容来自特锐祥。
LLC同步整流控制器为MPS MP6924A,MP6924A是一颗双路LLC同步整流器,具有更强的抗干扰度和快速关断功能,可兼容CCM/DCM模式。
LLC同步整流使用两颗AON6292。
输出固态电容两颗并联,470μF 35V。
1018光耦用于输出电压反馈。
充电头网总结
聚能创芯140W 氮化镓电源采用LLC拓扑,固定电压输出,可用于多口快充和笔记本电脑电源应用。电源内部采用MPS HR1211二合一控制器,搭配聚能创芯氮化镓器件实现了高集成化的开关电源设计,同时更加节能,满足高能效要求。
聚能创芯已经推出了多款氮化镓器件,可应用于不同功率范围的充电器中。聚能创芯可为PD快充,新能源发电,数据中心,5G通讯等提供全部国产化的氮化镓功率器件产品和电源解决方案。
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