芯干线推出480W氮化镓电源方案,采用四颗氮化镓器件
时间:2023-03-31 作者: 分类:公司新闻 浏览:1372次

芯干线推出的一款480W电源模块,采用高效的PFC+LLC电源架构,输出使用同步整流,其中两颗XG6510B8氮化镓开关管用于PFC升压,两颗XD6506F8碳化硅二极管用于PFC整流,两颗XG6510B8组成LLC半桥。电源模块输出规格为48V10A,转换效率达到96%,满足大功率POE应用和USB PD3.1 240W快充应用。

芯干线480W氮化镓电源方案外观

这款电源模块底部固定了一整面金属散热片,用于为贴片封装的功率器件散热。伴随着封装技术与半导体技术的进步,芯干线这款电源采用全贴片的功率器件设计,简化了生产工艺。

另外一面可以看到PFC升压电感和LLC变压器,在变压器的侧面焊接一块小板,用于电源的整机控制,PCB尾部四颗固态电容用于输出滤波。

测得模块长度为159.95mm。

宽度为50.22mm。

厚度为40.46mm。

拿在手上的大小直观感受。

芯干线480W氮化镓电源方案解析

在对方案模块尺寸有所了解后,下面来看看方案器件的具体信息。

电源模块从左到右依次为输入EMI电路,PFC升压电感,高压滤波电容和LLC变压器,最右侧垂直一排是输出滤波固态电容。电源输入输出均采用插件连接,便于在设备中应用。

侧面可以看到PFC升压电感采用两个磁环叠加绕制,PCBA底部采用三块导热垫进行散热。

另外一面是电源控制小板和两个整流桥,垂直焊接,小板上焊有光耦,用于输出电压反馈。

模块背面是一整片散热铝板,通过螺丝固定在电路板背面。

拧开固定螺丝,拆下电源背面的散热铝板,三块导热垫分别对应PFC升压电路,LLC开关管和同步整流电路。

电源背面从左至右依次是PFC升压开关管,PFC升压整流管,LLC半桥开关管和同步整流管。

这款480W电源模块采用NXP恩智浦TEA2017二合一控制器进行PFC和LLC控制,输出采用TEA2095进行LLC同步整流,初级侧使用两颗芯干线XG6510B8氮化镓开关管用于PFC升压,两颗XG6510B8组成LLC半桥。

PFC升压整流使用两颗芯干线XD6506F8碳化硅二极管,在CCM模式下,有效降低整流二极管的反向恢复损耗。下面从输入端开始了解电源各个器件的信息。

电源输入端保险丝规格为10A 300V。

压敏电阻型号为14D511,用于输入过压保护,连接在保险丝后面,并联接入电路,在输入电压超过动作电压时,压敏电阻导通,保险丝熔断切断电路,从而起到保护作用。

第一级共模电感,使用绝缘线和漆包线绕制。

安规X2电容来自WQC威庆电子,容量为0.68μF。

第二颗共模电感使用漆包线绕制,两个线圈之间有电木板绝缘。

电源使用两颗GBU1506整流桥用于输入整流,15A600V。整流桥为半桥接法,使用两颗组成全桥均摊发热。

用于抑制上电浪涌电流的NTC热敏电阻,蓝色继电器用于在启动后旁路掉NTC热敏电阻,消除热敏电阻串联在电路中的功率损耗。

CL21X薄膜电容配合磁环电感进行滤波,为PFC电路供电,电容规格为1μF 450V。

磁环电感特写,内部涂胶固定。

第二颗薄膜滤波电容。

PFC升压电感采用两个磁环叠加绕制,底部垫有塑料片绝缘。

这款480W电源模块的初级控制器采用NXP恩智浦TEA2017,这是一颗集成了多模式PFC和数字配置的LLC二合一的控制器,通过将两颗芯片整合在一起,可以同时输出PFC和LLC驱动信号,无需传统独立的两颗芯片。

恩智浦TEA2017AAT是一款数字化可配置LLC和PFC组合控制器,用于高效谐振电源。它包括LLC和PFC控制器功能。PFC经配置可在DCM/QR、CCM固定频率或支持所有操作模式的多模式下运行,优化PFC效率。TEA2017AAT能够构建一个完整的谐振电源,电源设计简便,组件数量少。TEA2017AAT采用小型窄条SO16封装

PFC升压开关管使用两颗芯干线氮化镓开关管并联,型号为XG6510B8,是一颗耐压为650V的增强型氮化镓开关管,导阻为100mΩ,具有低导通电阻和低输入电容,无反向恢复损失,支持高频运行。

芯干线XG6510B8采用DFN8*8封装,可用于PD快充,开关电源,PC电源,电池快充,PFC功率因数校正,LED电源以及POE电源等。

PFC开关管电流检测电阻,采用两颗100mΩ和一颗75mΩ电阻并联。

PFC升压整流管使用两颗芯干线碳化硅二极管并联,型号为XD6506F8,是一颗耐压650V的碳化硅二极管,在135℃下的工作电流为11A,具有零反向恢复电流,正温度系数,易于并联操作,支持高速开关,具有低开关损耗以及低散热需求。

芯干线XD6506F8采用DFN8*8封装,适用于开关电源,PFC功率因数校正,电机驱动,牵引逆变器和充电桩等。

两颗PBMUR5JE超快恢复二极管并联,用于在电源上电时为高压电解电容充电,消除对PFC电路的冲击。

两颗高压滤波电容来自丰宾,规格均为120μF 450V,用于将PFC输出的脉动直流电滤波,为LLC级供电。

另一颗初级滤波电容规格同样为120μF 450V。

LLC半桥两颗开关管与PFC开关管同一型号,均为XG6510B8。

两颗MURS160快恢复二极管与氮化镓开关管并联,起到续流作用,提高效率。

小板与谐振电容之间焊接为主控芯片供电的滤波电容,规格为50V 47μF。

绿色谐振电容特写,来自JURCC捷威。

谐振电感上贴有标签,标注线径和圈数,电感量20μH。

LLC变压器也贴有标签。

输出同步整流电路一览,使用两颗MOS管与同步整流控制器组成LLC同步整流电路。

同步整流管来自恒泰柯,型号为HGT041N15S,是一颗耐压150V的NMOS,导阻3.8mΩ,采用TOLL封装。

同步整流控制器采用NXP恩智浦 TEA2095,是一颗双路同步整流控制器,内置两个驱动器,可以同时驱动两个同步整流管,并支持独立工作。并采用自适应的栅极器,提高运行效率。

输出固态电容来自丰宾,规格为330μF 63V,四颗并联用于输出滤波。

总结

这款480W氮化镓电源功率密度约为1.5W/cm³,可以看到第三代半导体功率器件的应用,显著降低了电源的散热要求,并缩减了电源的体积。480W的电源尺寸仅与常规的笔记本电源尺寸相当,满足POE交换机和USB PD3.1快充应用。

这款电源中在PFC升压开关管和LLC开关管中使用芯干线氮化镓开关管,型号为XG6510B8,PFC升压整流管采用XD6506F8碳化硅二极管。新一代的半导体器件,有效降低损耗,提升转换效率,改善大功率开关电源产品的使用体验。