Transphorm氮化镓方案在快充上的应用和优化
11月26日,由充电头网主办的2021(秋季)USB PD&Type-C亚洲展在深圳南山科兴科学园如期举行。作为2021年年度备受瞩目的消费类快充电源行业展会,现场汇聚近百家USB PD&Type-C产业链企业,并有多达上千款的新品展出。同时,本次展会也吸引了众多专业观众莅临现场,成为快充产业相关人士面对面洽谈、技术交流、学习成长的平台。
在展会期间同步举办的研讨会上,20位行业大咖发表了演讲,分享了最新的行业趋势,并介绍了公司最新的产品布局。
Transphorm亚太区销售副总裁 严启南先生发表了《Transphorm氮化镓在快充应用方案和优化》主题演讲。
严启南先生毕业于香港中文大学物理系,从事功率半导体生产、销售三十多年,专注于第三代半导体应用及推广,现职Transphorm亚太区销售副总裁。
Transphorm Inc (股票编号:OTCB TGAN)成立于2007年,总部位于加利福尼亚州戈莱塔,是氮化镓(GaN)功率半导体器件的先驱和领先供应商,同时也是少数拥有自主研发、生产和应用能力的生产厂家。
目前拥有员工100多人,其中博士18人,在氮化镓领域工作经验总和超过300年。拥有关于氮化镓研发和应用的专利超过1000项。在美国加州和日本都设有工厂,年产能达三万片。
Transphorm公司也是最早拿到国际功率器件验证JEDEC (JESE-22) 和AECQ101的GaN生产商之一。所生产的元件从2009年开始已被广泛应用在大功率电源上,包括服务器电源、游戏机、伺服器、电动汽车等等。 累计总运行量已达4千兆瓦小时,而统计应用失效率接近零。
成立至今,Transphorm已与MICROCHIP微芯、Nexpria、FUJITSU富士通、KKP、AFSW、YASKAWA安川电机、MARELLI等众多厂商达成战略合作。2020年成功在美国上市。
Transphorm是少数拥有自主研发、生产和应用能力的生产厂家,凭借完整的制造控制+GaN技术领先两大优势,Transphorm可为客户提供充足且优质的氮化镓产品。此外还可为客户提供各种产品设计应用方案。
Transphorm拥有关于氮化镓研发和应用的专利超过1000项,在业内处于领先地位。
Transphorm此前一直专注于充电桩、服务器电源等大功率应用领域,但近几年快充市场发展十分迅猛,对氮化镓产品需要量非常高,因此Transphorm也积极研发了一系列快充应用示范以满足市场需求。
Transphorm的氮化镓器件可应用在功率从30W到350W的快充产品上,开关频率一般设定在200KHz至400KHz之间,从而发挥氮化镓高速和低开关功耗优势,达到体积小、效率高的优势。
Transphorm适配器解决方案–可靠、高性能,与市场上多个领先的控制器/驱动器兼容。
Transphorm的氮化镓产品相较硅MOS和e-mode GaN都更快、更小、更高效、更稳健。基于Transphorm氮化镓器件可设计出功率密度超30W/In³的小体积快充产品,而且整体效率在94%以上,温度低于95℃,为2级标准中的最佳温度。
此外Transphorm的氮化镓产品门限电压18V,还支持0V关断,因此对市面上的主流控制器有很好的兼容性,也无需增加门极驱动。
功率从几十瓦到10000W,Transphorm都能为客户提供相应的氮化镓器件,而且支持和一般MOS一样的DFN8*8、TO220、TO247封装,简单的替换即可立马工作,十分方便简单,而且成本相对来说也更低。
Transphorm氮化镓器件已经量产并应用在高通、罗马仕、HELPERS LAB等品牌快充产品上。
基于解决方案、数据、经验和客户反馈,相较于其它用于快充上的氮化镓器件,Transphorm的氮化镓产品开关频率可达400KHz,支持GaN直驱,支持4V开通(7ns)和0V关断(2ns),本身在结构和性能上有天然优势,因此可靠性更高,成本更低。
Transphorm的氮化镓器件应用设备总功率超过350MW,运行时间和超过200亿小时,而FIT小于0.4,可见Transphorm的氮化镓器产品具有一流的可靠性。
Transphorm氮化镓器件应用方案汇总表,可适配英飞凌、安森美、TI、Silanna等厂商的控制器,输出功率可从45W做到350W。
基于Transphorm氮化镓器件设计的两套65W单C口快充方案:
1、搭配Silanna SZ1131 ACF控制器,方块造型,尺寸33.95*30.47*34.5mm,功率密度29.85W/In³,90V/115V/230V/265V下的满载效率分别为93.05%/94.06%/94.53%/94.36%,能够满足温升要求,也通过EMI要求,已经量产;
2、搭配安森美NCP1342控制器,柱状造型,尺寸38*48*23mm,功率密度25.4W/In³,90V/115V/230V/265V下的满载效率分别为93.08%/94.19%/93.86%/93.40%,也能够满足温升要求,通过EMI要求,已经量产。
搭配安森美控制器的Transphorm氮化镓器件是TP65H300G4LSG,650V耐压,导阻240mΩ,PQFN8X8封装,各电压下的满载效率如表格一览。
Transphorm 240mΩ氮化镓器件和175mΩ e-mode GaN效率对比,从表格可见输入电压115V情况下,Transphorm氮化镓器件效率全程保持优势;输入电压265V时,输出功率在5-50W区间内,Transphorm的效率要高出0.13%到2.1%。
基于Transphorm 240mΩ氮化镓器件和安森美控制器设计的产品全部通过了EMI要求,而且已经实现量产。
另一套ACF方案氮化镓器件也是采用Transphorm TP65H300G4LSG,工作频率140kHz,氮化镓器件温度小于95℃,具有5V/9V/15V/20V四组输出电压档位。
高通100W单C口快充:采用安森美NCP1623和NCP1342控制器,采用TPH两颗氮化镓器件,导阻150mΩ和240mΩ,功率密度18W/In³,通过EMI要求,输入电压265V效率达94%,输入电压90V效率超过92%。
在45W级快充上Transphorm提供两套解决方案:
1、搭配英飞凌PAG-1P,带次级反馈的QR电源方案,TPH GaN导阻240mΩ/480mΩ,支持90-265V输入,待机功耗小于30mW,尺寸43*37.5*30.2mm,功率密度15.15W/In³,通过EMI要求;
2、另一套方案是搭配安森美NCP1342控制器,QR电源方案,TPH GaN导阻240mΩ/480mΩ,功率密度24W/In³。
搭配英飞凌方案的45W快充效率表现图。
在45W-300W功率范围内,Transphorm的氮化镓器件还有很多应用案例,可搭配英飞凌、强弦、Diodes、MPS等厂商的控制器,表现出良好的兼容性。
充电头网总结
在2021(秋季)USB PD&Type-C亚洲展上,严启南先生对Transphorm公司及旗下氮化镓产品做了介绍。Transphorm耕耘氮化镓领域已十几年,拥护雄厚的技术底蕴,关于氮化镓研发和应用的专利超过1000项,旗下氮化镓产品表现十分可靠,兼容性非常好,应用简单。
此外Transphorm还是少数拥有自主研发、生产和应用能力的生产厂家,可为客户提供从设计、生产到应用的端到端服务,旗下氮化镓产品保质保量。本次展会还展示了自家产品在45W-300W功率快充上的设计案例,满足低功率快充市场的需求。
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