【沃爾德實(shí)業(yè)】方案解析：銳仕嘉&transphorm 330W TPPFC+LLC氮化鎵電源

前言

深圳銳仕嘉科技有限公司是一家專業(yè)致力于提供高效率，高功率密度及高可靠性的開關(guān)電源及儲能電源方案商，與全球功率半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)品牌英飛凌簽署戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議. 能與客戶及時(shí)分享當(dāng)前半導(dǎo)體前沿技術(shù)，并可為客戶提供從方案選型到產(chǎn)品認(rèn)證批量生產(chǎn)的配套服務(wù), 以及提供相關(guān)配套核心元器件銷售服務(wù)。

針對高性能獨(dú)顯筆記本，銳仕嘉與transphorm聯(lián)合出品了一款330W氮化鎵電源方案，這款電源采用圖騰柱PFC+LLC拓?fù)湓O(shè)計(jì)，采用安森美NCP1680+NCP13992控制芯片，內(nèi)置四顆transphorm氮化鎵開關(guān)管。電源方案體積僅為120*73*21mm，功率密度達(dá)到1.8W/cm³，有效縮減電源體積，助力實(shí)現(xiàn)大功率電源小型化。

下面就跟隨充電頭網(wǎng)一起看看這款電源方案的具體設(shè)計(jì)。

銳仕嘉330W氮化鎵電源參考設(shè)計(jì)外觀

銳仕嘉330W電源適配器DEMO輸入端采用梅花插口，可以接地避免用戶觸電。設(shè)計(jì)了兩級EMI濾波電路，兩顆高壓濾波電解電容橫置，板子正面器件之間留有空隙，實(shí)際量產(chǎn)可填充導(dǎo)熱膠固定散熱。

測得銳仕嘉這款DEMO長度約120.02mm。

寬度為73.03mm。

厚度為20.9mm。

模塊拿在手上的大小直觀感受。

另外測得模塊凈重約為235g。

銳仕嘉330W氮化鎵電源參考設(shè)計(jì)解析

上面對這款330W電源適配器參考設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡單介紹，下面就對這款參考設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)解析，一起來看看設(shè)計(jì)和用料如何。

PCBA模塊正面一覽，右側(cè)為交流輸入端，焊接AC輸入插座，壓敏電阻，共模電感，安規(guī)X2電容等元件。依次焊接高壓濾波電容，繼電器，NTC熱敏電阻。下方焊接PFC升壓電感，上方焊接綠色諧振電容，諧振電感，左側(cè)焊接變壓器，輸出濾波電容。

PCBA模塊背面焊接整流橋，氮化鎵開關(guān)管，兩顆驅(qū)動器芯片，圖騰柱PFC控制器，LLC控制器，同步整流控制器和兩顆同步整流管。初次級之間焊接貼片Y電容和反饋光耦。

這款參考設(shè)計(jì)采用圖騰柱PFC，消除了傳統(tǒng)大功率電源中的整流橋，以及整流橋帶來的損耗，大幅提高效率，減少散熱要求。

參考設(shè)計(jì)輸入端一覽，焊接Y電容，扁銅線共模電感，安規(guī)X2電容，壓敏電阻和輸入插座。

安規(guī)X2電容來自JURCC。

輸入端延時(shí)保險(xiǎn)絲規(guī)格為6.3A 250V。

壓敏電阻用于浪涌保護(hù)。

共模電感采用扁銅線繞制。

PFC控制器來自安森美，型號NCP1680，是一顆圖騰柱PFC控制器。內(nèi)置的兩個(gè)半橋，一個(gè)以PWM開關(guān)頻率驅(qū)動，用于PFC升壓，另外一個(gè)半橋以交流電頻率進(jìn)行同步整流，從而消除傳統(tǒng)整流電路中的整流橋損耗，提高轉(zhuǎn)換效率，并降低散熱需求。

NCP1680內(nèi)置輸入監(jiān)控電路和交流相位檢測，欠壓檢測，在輕負(fù)載下采用谷底開通的DCM模式工作，DCM模式下的最低工作頻率為25kHz，內(nèi)置數(shù)字環(huán)路補(bǔ)償，簡化的谷底采樣，新型的限流方案無需霍爾傳感器，軟的跳過模式優(yōu)化了輕負(fù)載性能，并具有PFC就緒狀態(tài)輸出。

氮化鎵快速半橋采用transphorm TP65H070LSG，是一款DFN8*8封裝的氮化鎵開關(guān)管，耐壓650V，瞬態(tài)耐壓800V，導(dǎo)阻為72mΩ，柵極支持20V耐壓，具備極低的反向恢復(fù)電荷，并減小開關(guān)損耗。相比傳統(tǒng)硅器件可提升能效及開關(guān)頻率，提升系統(tǒng)功率密度，減小系統(tǒng)尺寸及重量，并降低系統(tǒng)成本。

其中TH65H070L分為TP65H070LDG和TP65H070LSG兩個(gè)型號，散熱焊盤分別對應(yīng)漏極和源極，方便大功率應(yīng)用設(shè)計(jì)?？捎糜谀孀兤?，馬達(dá)驅(qū)動等工業(yè)應(yīng)用。

用于快速半橋的驅(qū)動器來自安森美，型號NCP51530B，是一顆700V高壓側(cè)和低壓側(cè)驅(qū)動器，具有3.5/3A驅(qū)動能力，適用于交直流電源和逆變器。NCP51530在高頻工作時(shí)提供最佳的傳輸延遲、低靜態(tài)電流和低開關(guān)電流。

MOS管低速半橋用于同步整流，采用東微OSG65R070FT3F，是一顆耐壓700V的NMOS，導(dǎo)阻為70mΩ，采用TO220F絕緣封裝。

兩顆OSG65R070FT3F組成低速半橋。

對應(yīng)低速半橋的NCP51530B半橋驅(qū)動器，由NCP1680進(jìn)行控制。

PFC電感采用利茲線繞制，磁芯涂膠固定。

繼電器用于在電源啟動后短路NTC熱敏電阻，降低損耗。

黑色NTC熱敏電阻用于抑制電源上電時(shí)的沖擊電流。

30mΩ取樣電阻用于檢測PFC輸出電流。

整流橋來自深圳市沃爾德實(shí)業(yè)有限公司，型號WRLSB80M，這顆軟橋通過較軟的恢復(fù)曲線，比較平滑的關(guān)斷特性，可以降低二極管結(jié)電容達(dá)到非常少的諧波振蕩產(chǎn)生的效果。選用的LSB封裝，擁有良好的散熱特性，幫助中大瓦數(shù)適配器提升可靠性，單顆可做60W+。

沃爾德 WRLSB80M 資料信息。

充電頭網(wǎng)拆解了解到，沃爾德的軟橋還被摩米士100W 2A2C氮化鎵快充、努比亞1A1C 45W氘鋒氮化鎵快速充電器、公牛65W PD快充插座、麥多多2C1A 65W氮化鎵充電器、鴻達(dá)順65W 氮化鎵充電器、OPPO 50W餅干氮化鎵快充、ROCK 65W氮化鎵充電器等多款快充產(chǎn)品采用，產(chǎn)品性能獲得客戶一致認(rèn)可。

側(cè)面焊接高壓濾波電容，諧振電感和變壓器。

兩顆高壓濾波電容來自永銘，規(guī)格為100μF 450V，兩顆并聯(lián)。

LLC控制器來自安森美，型號NCP13992，是一款用于半橋諧振轉(zhuǎn)換器的高性能電流模式控制器。此控制器內(nèi)置600V門極驅(qū)動器，簡化布局，減少了外部部件數(shù)量。在需要PFC前級的應(yīng)用中，NCP13992可輸出驅(qū)動信號控制PFC控制器。此功能結(jié)合專門的無噪聲跳過模式技術(shù)進(jìn)一步提高了整個(gè)應(yīng)用的輕負(fù)載能效。

LLC半橋兩顆氮化鎵開關(guān)管采用transphorm TP65H150G4LSG，是一款DFN8*8封裝的氮化鎵開關(guān)管，耐壓650V，瞬態(tài)耐壓800V，導(dǎo)阻為150mΩ，柵極支持20V耐壓，具備極低的反向恢復(fù)電荷，并減小開關(guān)損耗。相比傳統(tǒng)硅器件可提升能效及開關(guān)頻率，提升系統(tǒng)功率密度，減小系統(tǒng)尺寸及重量，并降低系統(tǒng)成本。適用于快充電源及LED照明等應(yīng)用。

transphorm TP65H150G4LSG 詳細(xì)資料。

綠色諧振電容來自JURCC捷威。

諧振電感采用利茲線繞制。

變壓器次級采用利茲線繞制，降低高頻損耗。

輸出側(cè)焊接變壓器和濾波固態(tài)電容。

貼片Y電容來自四川特銳祥科技股份有限公司，具有體積小、重量輕等特色，非常適合應(yīng)用于氮化鎵快充這類高密度電源產(chǎn)品中。料號為TMY1222M。

特銳祥專注于被動元器件的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售，注冊資本1億元。旗下有自主電容品牌兩類：SMD TRX及DIP TY電容器，TRX將致力于陶瓷材料的研究，以拓展更多品類的應(yīng)用，為客戶提供更多的解決方案。

充電頭網(wǎng)了解到，特銳祥貼片Y電容除了被倍思高通QC5認(rèn)證100Ｗ氮化鎵快充、麥多多100W氮化鎵、OPPO 65W超級閃充氮化鎵充電器、聯(lián)想90W氮化鎵快充、努比亞65W氮化鎵充電器、倍思120W氮化鎵+碳化硅PD快充充電器等數(shù)十款大功率充電器使用外，也可應(yīng)用于海陸通、第一衛(wèi)、貝爾金等品牌20W迷你快充上，性能獲得客戶一致認(rèn)可。

另一顆藍(lán)色安規(guī)Y電容來自SHM宏明電子。

CT1018光耦用于輸出電壓反饋。

同步整流控制器來自NXP恩智浦，型號為TEA1995，其內(nèi)置兩個(gè)獨(dú)立的同步整流驅(qū)動器用于LLC架構(gòu)開關(guān)電源的同步整流，外圍元件精簡，支持38V工作電壓，能夠滿足USB PD3.1的28V輸出。

同步整流管來自AOS，型號AONS62604，是一顆耐壓60V，導(dǎo)阻2.1mΩ的NMOS，采用DFN5*6封裝。

輸出濾波電容來自永銘，為NPL系列固態(tài)電容，820μF 25V，四顆并聯(lián)。

AZ431電壓基準(zhǔn)用于輸出電壓反饋。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

銳仕嘉聯(lián)合transphorm推出的這款330W氮化鎵電源方案采用圖騰柱PFC+LLC半橋架構(gòu)，采用安森美NCP1680圖騰柱PFC控制器，搭配兩顆安森美NCP51530B半橋驅(qū)動器。并使用兩顆TP65H070LSG氮化鎵開關(guān)管組成快速半橋用于PFC升壓，兩顆OSG65R070FT3F組成低速半橋用于同步整流。

LLC半橋采用NCP13992控制器，搭配使用兩顆TP65H150G4LSG氮化鎵開關(guān)管。其中PFC電感，諧振電感和變壓器均采用利茲線繞制，降低高頻損耗。電源內(nèi)部高壓電解電容與輸出固態(tài)電容全部來自永銘。小體積高性能的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)96%，有效降低發(fā)熱，助力縮小筆記本的外置電源，提升消費(fèi)者的使用體驗(yàn)。