能华联合华源智信推出36-60W高性价比GaN适配器方案

前言

氮化镓凭借优异的高频开关特性，近年来在快消类PD快充市场得到了广泛应用。相比PD快充市场，年出货量几十亿台的适配器市场量更大，但对可靠性要求更高，成本更敏感，对能效要求也更高，一般要求满足6级能效，65W以下的适配器待机损耗不超过75mW。

同时对EMI的测试要求更高，要求在输出接地的条件下能有6dB以上的余量，因此EMI设计更有挑战性；另外出于对安全的考虑，有些Tier1客户对适配器的漏电流要求非常严格，要求使用的Y电容不能超过100pF，原副边的漏电流不能超过25uA。

为了解决上述问题，能华半导体联合华源智信推出了36-60W（12V3A-12V5A）高性价比GaN适配器方案，下面以60W (12V/5A)demo样机为例展示一下方案的优异性能。

60W适配器方案外形尺寸

整个60W GaN适配器的PCB采用低成本的单面板设计，尺寸为72.5 x 43mm，整体高度不超过22mm，尺寸相比以往的SI方案产品小，元器件间的空间分布合理均匀，利于散热。

60W适配器方案原理图

该适配器采用了华源智信的HY1602E，华源智信半导体是一家行业领先的模拟/数字和数模混合IC产品供应商，能提供开关频率为65KHz、89KHz、130KHz和160KHz的IC方案产品，以满足不同的应用需要。HY1602E IC只有6个PIN脚，最高开关频率可达89KHz。HY1602E是一颗智能多模式反激控制器，集成丰富的保护，包括输入线电压补偿、变压器短路保护、过热保护、输出过压保护、输入欠压保护和取样电阻短路保护。

该适配器方案选用的是能华半导体的级联耗尽型GaN器件，一般来说耗尽型GaN相对增强型GaN产品具有宽栅压范围、低漏电特性、低动态电阻、高可靠性以及多封装形式等方面的优势；同时耗尽型GaN还有电流能力比增强型GaN强的优势，对于60W的适配器，增强型GaN器件需要选择导通内阻200m(典型值)以内的器件，而耗尽型GaN器件可以选择导通内阻为600m(典型值）以内的的器件；针对适配器成本比较敏感的特点，我们选择导通内阻更大的耗尽型GaN器件。

由于TO封装具有封装成本低廉，热容大、热阻小，耐热冲击能力强的特点；因此选用TO封装的耗尽型GaN器件，有助于满足适配器对待机损耗、可靠性以及成本敏感方面的要求。该60W适配器方案选用能华半导体导通内阻为270mΩ（典型值）、封装形式为TO252的耗尽型GaN器件；能华半导体是一家能同时量产增强型和耗尽型GaN产品的宽禁带半导体IDM公司，能提供不同封装形式的增强型、耗尽型GaN产品，以满足不同应用场景的需求。

级联耗尽型GaN器件的驱动和Si MOSFET兼容，驱动电路简单；整个原理图极其简洁，总的元器件数目不超过70个。

60W适配器性能测试结果

待机损耗和能效测试

在待机损耗和能效测试方面，该60W适配器DEMO在230Vac输入条件下，待机损耗只有66mW。

60W demo平均效率测试（25%，50%，75%，100%负载下的平均效率）

在90/115/230/264Vac输入，取25%，50%，75%，100%负载下的效率平均值，均在90%以上，比传统Si MOSFET方案高2-3%，轻松满足目前的CoC，DoE，Energy Star能效标准。

启机时间测试

如图测试结果显示，90V输入12V/5A启机时间为2.4S。

在264V输入12V/5A启机时间为0.76S。

在启动时间测试方面，此方案无论是在90V低压输入或者在264V高压输入的情况下，启机时间都能保持在3s以内。

温升测试

温度测试方面，在无任何辅助散热措施的条件下，该60W适配器方案demo样机的温升测试数据如上图，在极端恶劣的条件下，此方案中GaN器件的温度最高只有86°。

EMI测试

图1

图2

如上图1和图2，无论在输出是否接地的情况下，高低压的EMI 传导测试余量都大于8dB，体现了此60W 适配器方案优异的EMC特性。

原副边的Y电容

60W适配器方案在原副边使用的是100pF的Y电容，漏电流小，安全性高，符合高端适配器对漏电流的要求。

和传统Si MOS方案对比

从测试结果和外形对比来看，该60W适配器方案的平均效率比传统Si MOSFET方案高2%以上，体积只有传统Si MOSFET方案的50%，充分体现了此GaN适配器方案的巨大优势。

总结

适配器应用场景相比PD快充性价比要求更高，即更低的成本与更高的性能要求；能华半导体联合华源智信推出的高性价比GaN适配器方案兼顾低成本与高性能需求，利用智能多模式控制IC，充分发挥出耗尽型GaN的高可靠性、高电流能力和优异的高频开关特性，使得此方案具有低成本、高可靠和高性能的优势。

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