高能效、小尺寸PD快充穩(wěn)壓器應(yīng)用

當(dāng)今開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的五大問題：
（1）高效率，（2）高功率密度，（3）低待機(jī)功耗，（4）高可靠性，（5）低成本。隨著PD和適配器行業(yè)的發(fā)展，需要相同或更快的充電時(shí)間、更大的功率和更高的輸出電壓的大容量電池的趨勢(shì)正在加快。USB PD組織發(fā)布了最新的USB PD3.1規(guī)范，該規(guī)范使最大輸出達(dá)到48V 5A,240W功率。單管反激作為交直流中小功率范圍內(nèi)的主流應(yīng)用拓?fù)?，以其線性可控的工作方式和易于理解的控制邏輯而為人們所熟知和使用。

隨著反激式應(yīng)用的功率范圍增大，單管在漏感能量處理方面的缺陷越來越明顯，導(dǎo)致在150W以上的應(yīng)用中效率低、漏感電壓尖峰大等問題無法解決。LLC拓?fù)淇梢詽M足高效率的要求，因此越來越受到人們的青睞。然而，在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，前PFC級(jí)必須在輕負(fù)載期間保持工作，導(dǎo)致諧振電路中的內(nèi)部循環(huán)損耗。待機(jī)功耗成為一個(gè)令人頭疼的問題，而且不可能在很大范圍內(nèi)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，因此需要一級(jí)協(xié)議電路。電壓降低，效率降低。

雙管反激拓?fù)淇梢暂p松應(yīng)對(duì)約240W的功率范圍，具有很高的效率，還可以解決寬范圍穩(wěn)壓和低待機(jī)功耗的重大挑戰(zhàn)。它非常適合PD和適配器行業(yè)，滿足USB PD 3.1 EPR規(guī)格的要求。

雙管反激式的主要特點(diǎn)：

雙管QR反激變換器的主要特點(diǎn)分為四個(gè)方面。在待機(jī)功耗低、效率高、易于設(shè)計(jì)、電磁干擾小等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在低待機(jī)功耗方面，雙管QR反激變換器可以輕松滿足要求。在高效率方面，雙管QR反激變換器的特點(diǎn)是漏感能量可以回收到輸入端，而不需要有損耗的緩沖器?？稍诔跫?jí)側(cè)使用500V MOSFET。一次側(cè)采用谷值切換，以減少開關(guān)損耗。減少次級(jí)整流器上的電壓應(yīng)力。雙管QR反激變換器易于設(shè)計(jì)。與著名的傳統(tǒng)反激變換器相同的設(shè)計(jì)，變壓器可以很容易地批量生產(chǎn)。它使大匝率變壓器不需要特別考慮漏感。EMI方面，雙管QR反激變換器EMI低，漏極過沖電壓被箝位到輸入電壓。谷開關(guān)等功能。

氮化鎵芯片

采用KeepTops氮化鎵的240W/15~48V輸出范圍可調(diào)、橋式PFC+雙管反激式全GaN解決方案所示。此解決方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制器選擇范圍廣泛。這個(gè)解決方案是24毫米高，74毫米長(zhǎng)，74毫米寬。就能在這樣輕薄的設(shè)計(jì)中達(dá)到更好的效率。在230Vac和48V輸出條件下，四個(gè)點(diǎn)的平均能量效率達(dá)到95%，在230Vac和48V5A時(shí)，效率高達(dá)95.7%。
該方案采用KT65C1R070D和KT65C1R0200D自主開發(fā)的，這種管結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是完整的級(jí)聯(lián)D-GaN開關(guān)具有低壓硅MOSFET的柵特性。因此，現(xiàn)有的商業(yè)MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器可以很容易地驅(qū)動(dòng)共源共柵D-GaN開關(guān)。此外，硅MOSFET的柵特性是眾所周知的，因此沒有未知的特性需要解決。同時(shí)，Geneng工藝GaN管具有良好的動(dòng)態(tài)電阻特性和良好的溫度特性。器件的柵電荷比普通硅MOS低8倍。低柵電荷保證了器件的快速開關(guān)，從而減少了驅(qū)動(dòng)損耗和開關(guān)損耗。雖然D-GaN器件不具有反向體二極管，但由于它是雙向器件，所以它也能夠反向傳導(dǎo)。只要它們的反向電壓超過柵極閾值電壓，它們就可以開始導(dǎo)通，并且導(dǎo)通壓降小于e-GaN，與硅MOS相當(dāng)。
該方案的功率因數(shù)校正采用L4985 CCM峰值電流模式控制器和由KeepTops自主研發(fā)的KT65C1R070D GaN功率管組成的功率因數(shù)校正電路。在230 VAC和滿負(fù)荷下，PFC效率為97.8%。該控制器具有高壓自啟動(dòng)能力，可以保證pfc電路首先輸出400 V的母線電壓，從而為后續(xù)級(jí)提供穩(wěn)定的高壓輸入電壓，并為后續(xù)級(jí)變壓器的大匝比提供工作條件。
雙管反激作為單管反激的一種拓?fù)鋽U(kuò)展，對(duì)于工程師來說有著良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣。同時(shí)，該拓?fù)渚哂须妷簯?yīng)力小、漏感能量回收、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。輸出電壓在很寬的范圍內(nèi)可調(diào)。它使用我們的高性能GaN管來實(shí)現(xiàn)接近零電壓開通特性。非常適合設(shè)計(jì)PD3.0/3.1大功率快速充電源、大功率充電器。

審核編輯 黃宇