高能效、小尺寸PD快充穩(wěn)壓器應用

當今開關電源設計中的五大問題：
（1）高效率，（2）高功率密度，（3）低待機功耗，（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間、更大的功率和更高的輸出電壓的大容量電池的趨勢正在加快。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)的主流應用拓撲，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，導致在150W以上的應用中效率低、漏感電壓尖峰大等問題無法解決。LLC拓撲可以滿足高效率的要求，因此越來越受到人們的青睞。然而，在這種拓撲結構中，前PFC級必須在輕負載期間保持工作，導致諧振電路中的內(nèi)部循環(huán)損耗。待機功耗成為一個令人頭疼的問題，而且不可能在很大范圍內(nèi)進行電壓調(diào)節(jié)，因此需要一級協(xié)議電路。電壓降低，效率降低。

雙管反激拓撲可以輕松應對約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：

雙管QR反激變換器的主要特點分為四個方面。在待機功耗低、效率高、易于設計、電磁干擾小等方面具有顯著的優(yōu)勢。在低待機功耗方面，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?？稍诔跫墏仁褂?00V MOSFET。一次側采用谷值切換，以減少開關損耗。減少次級整流器上的電壓應力。雙管QR反激變換器易于設計。與著名的傳統(tǒng)反激變換器相同的設計，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。此解決方案設計簡單，控制器選擇范圍廣泛。這個解決方案是24毫米高，74毫米長，74毫米寬。就能在這樣輕薄的設計中達到更好的效率。在230Vac和48V輸出條件下，四個點的平均能量效率達到95%，在230Vac和48V5A時，效率高達95.7%。
該方案采用KT65C1R070D和KT65C1R0200D自主開發(fā)的，這種管結構的主要優(yōu)點是完整的級聯(lián)D-GaN開關具有低壓硅MOSFET的柵特性。因此，現(xiàn)有的商業(yè)MOSFET柵極驅(qū)動器可以很容易地驅(qū)動共源共柵D-GaN開關。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，Geneng工藝GaN管具有良好的動態(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，從而減少了驅(qū)動損耗和開關損耗。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。只要它們的反向電壓超過柵極閾值電壓，它們就可以開始導通，并且導通壓降小于e-GaN，與硅MOS相當。
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和滿負荷下，PFC效率為97.8%。該控制器具有高壓自啟動能力，可以保證pfc電路首先輸出400 V的母線電壓，從而為后續(xù)級提供穩(wěn)定的高壓輸入電壓，并為后續(xù)級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撲擴展，對于工程師來說有著良好的設計習慣。同時，該拓撲具有電壓應力小、漏感能量回收、可靠性高等優(yōu)點。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管來實現(xiàn)接近零電壓開通特性。非常適合設計PD3.0/3.1大功率快速充電源、大功率充電器。

審核編輯 黃宇