应用案例2023-06-01 17:04:01
前言
深圳锐仕嘉科技有限公司是一家专业致力于提供高效率，高功率密度及高可靠性的开关电源及储能电源方案商，与全球功率半导体领导品牌英飞凌签署战略合作伙伴协议. 能与客户及时分享当前半导体前沿技术，并可为客户提供从方案选型到产品认证批量生产的配套服务, 以及提供相关配套核心元器件销售服务。
针对高性能独显笔记本，锐仕嘉与transphorm联合出品了一款330W氮化镓电源方案，这款电源采用图腾柱PFC+LLC拓扑设计，采用安森美NCP1680+NCP13992控制芯片，内置四颗transphorm氮化镓开关管。电源方案体积仅为120*73*21mm，功率密度达到1.8W/cm³，有效缩减电源体积，助力实现大功率电源小型化。
下面就跟随充电头网一起看看这款电源方案的具体设计。
锐仕嘉330W氮化镓电源参考设计外观
锐仕嘉330W电源适配器DEMO输入端采用梅花插口，可以接地避免用户触电。设计了两级EMI滤波电路，两颗高压滤波电解电容横置，板子正面器件之间留有空隙，实际量产可填充导热胶固定散热。
测得锐仕嘉这款DEMO长度约120.02mm。
宽度为73.03mm。
厚度为20.9mm。
模块拿在手上的大小直观感受。
另外测得模块净重约为235g。
锐仕嘉330W氮化镓电源参考设计解析
上面对这款330W电源适配器参考设计进行了简单介绍，下面就对这款参考设计进行详细解析，一起来看看设计和用料如何。
PCBA模块正面一览，右侧为交流输入端，焊接AC输入插座，压敏电阻，共模电感，安规X2电容等元件。依次焊接高压滤波电容，继电器，NTC热敏电阻。下方焊接PFC升压电感，上方焊接绿色谐振电容，谐振电感，左侧焊接变压器，输出滤波电容。
PCBA模块背面焊接整流桥，氮化镓开关管，两颗驱动器芯片，图腾柱PFC控制器，LLC控制器，同步整流控制器和两颗同步整流管。初次级之间焊接贴片Y电容和反馈光耦。
这款参考设计采用图腾柱PFC，消除了传统大功率电源中的整流桥，以及整流桥带来的损耗，大幅提高效率，减少散热要求。
参考设计输入端一览，焊接Y电容，扁铜线共模电感，安规X2电容，压敏电阻和输入插座。
安规X2电容来自JURCC。
输入端延时保险丝规格为6.3A 250V。
压敏电阻用于浪涌保护。
共模电感采用扁铜线绕制。
PFC控制器来自安森美，型号NCP1680，是一颗图腾柱PFC控制器。内置的两个半桥，一个以PWM开关频率驱动，用于PFC升压，另外一个半桥以交流电频率进行同步整流，从而消除传统整流电路中的整流桥损耗，提高转换效率，并降低散热需求。
NCP1680内置输入监控电路和交流相位检测，欠压检测，在轻负载下采用谷底开通的DCM模式工作，DCM模式下的最低工作频率为25kHz，内置数字环路补偿，简化的谷底采样，新型的限流方案无需霍尔传感器，软的跳过模式优化了轻负载性能，并具有PFC就绪状态输出。
氮化镓快速半桥采用transphorm TP65H070LSG，是一款DFN8*8封装的氮化镓开关管，耐压650V，瞬态耐压800V，导阻为72mΩ，栅极支持20V耐压，具备极低的反向恢复电荷，并减小开关损耗。相比传统硅器件可提升能效及开关频率，提升系统功率密度，减小系统尺寸及重量，并降低系统成本。
其中TH65H070L分为TP65H070LDG和TP65H070LSG两个型号，散热焊盘分别对应漏极和源极，方便大功率应用设计。可用于逆变器，马达驱动等工业应用。
用于快速半桥的驱动器来自安森美，型号NCP51530B，是一颗700V高压侧和低压侧驱动器，具有3.5/3A驱动能力，适用于交直流电源和逆变器。NCP51530在高频工作时提供最佳的传输延迟、低静态电流和低开关电流。
MOS管低速半桥用于同步整流，采用东微OSG65R070FT3F，是一颗耐压700V的NMOS，导阻为70mΩ，采用TO220F绝缘封装。
两颗OSG65R070FT3F组成低速半桥。
对应低速半桥的NCP51530B半桥驱动器，由NCP1680进行控制。
PFC电感采用利兹线绕制，磁芯涂胶固定。
继电器用于在电源启动后短路NTC热敏电阻，降低损耗。
黑色NTC热敏电阻用于抑制电源上电时的冲击电流。
30mΩ取样电阻用于检测PFC输出电流。
整流桥来自深圳市沃尔德实业有限公司，型号WRLSB80M，这颗软桥通过较软的恢复曲线，比较平滑的关断特性，可以降低二极管结电容达到非常少的谐波振荡产生的效果。选用的LSB封装，拥有良好的散热特性，帮助中大瓦数适配器提升可靠性，单颗可做60W+。
沃尔德 WRLSB80M 资料信息。
充电头网拆解了解到，沃尔德的软桥还被摩米士100W 2A2C氮化镓快充、努比亚1A1C 45W氘锋氮化镓快速充电器、公牛65W PD快充插座、麦多多2C1A 65W氮化镓充电器、鸿达顺65W 氮化镓充电器、OPPO 50W饼干氮化镓快充、ROCK 65W氮化镓充电器等多款快充产品采用，产品性能获得客户一致认可。
侧面焊接高压滤波电容，谐振电感和变压器。
两颗高压滤波电容来自永铭，规格为100μF 450V，两颗并联。
LLC控制器来自安森美，型号NCP13992，是一款用于半桥谐振转换器的高性能电流模式控制器。此控制器内置600V门极驱动器，简化布局，减少了外部部件数量。在需要PFC前级的应用中，NCP13992可输出驱动信号控制PFC控制器。此功能结合专门的无噪声跳过模式技术进一步提高了整个应用的轻负载能效。
LLC半桥两颗氮化镓开关管采用transphorm TP65H150G4LSG，是一款DFN8*8封装的氮化镓开关管，耐压650V，瞬态耐压800V，导阻为150mΩ，栅极支持20V耐压，具备极低的反向恢复电荷，并减小开关损耗。相比传统硅器件可提升能效及开关频率，提升系统功率密度，减小系统尺寸及重量，并降低系统成本。适用于快充电源及LED照明等应用。
绿色谐振电容来自JURCC捷威。
谐振电感采用利兹线绕制。
变压器次级采用利兹线绕制，降低高频损耗。
输出侧焊接变压器和滤波固态电容。
贴片Y电容来自四川特锐祥科技股份有限公司，具有体积小、重量轻等特色，非常适合应用于氮化镓快充这类高密度电源产品中。料号为TMY1222M。
特锐祥专注于被动元器件的研发、生产及销售，注册资本1亿元。旗下有自主电容品牌两类：SMD TRX及DIP TY电容器，TRX将致力于陶瓷材料的研究，以拓展更多品类的应用，为客户提供更多的解决方案。
另一颗蓝色安规Y电容来自SHM宏明电子。
CT1018光耦用于输出电压反馈。
同步整流控制器来自NXP恩智浦，型号为TEA1995，其内置两个独立的同步整流驱动器用于LLC架构开关电源的同步整流，外围元件精简，支持38V工作电压，能够满足USB PD3.1的28V输出。
同步整流管来自AOS，型号AONS62604，是一颗耐压60V，导阻2.1mΩ的NMOS，采用DFN5*6封装。
输出滤波电容来自永铭，为NPL系列固态电容，820μF 25V，四颗并联。
AZ431电压基准用于输出电压反馈。
充电头网总结
锐仕嘉联合transphorm推出的这款330W氮化镓电源方案采用图腾柱PFC+LLC半桥架构，采用安森美NCP1680图腾柱PFC控制器，搭配两颗安森美NCP51530B半桥驱动器。并使用两颗TP65H070LSG氮化镓开关管组成快速半桥用于PFC升压，两颗OSG65R070FT3F组成低速半桥用于同步整流。
