33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案

市场痛点

手机闪充技术的兴起与普及,是手机行业走向深度创新后难得的消费热点。从去年开始,各大国产手机发布的旗舰机都不约而同将120W闪充当作一项卖点,华为、vivo、 OPPO、小米、中兴等国产旗舰机已进入超快闪充的赛道。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(1)

在这样的背景下,用户对于手机“快充”的需求显然也已发生了改变。过去大家可能只是希望手机充电快一点,以便能再多打一会电话、多发几条短信;但是现在,更多的消费者会希望手机能够在短短几分钟、十几分钟时间里,就充入大半电量,从而可以再支撑上大半天的娱乐、创作等高能耗使用。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(2)

镓未来一直以科技创新为原动力,始终站在时代科技最前沿的一贯风格,不仅在业界率先推出了330W图腾柱PFC LLC氮化镓电源量产解决方案,以及700W图腾柱PFC LLC量产电源方案,而且早已在120W快充应用领域进行了研究和探索。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(3)

当业界还在以120W PD功率密度突破1W/cm³的行业天花板而举杯庆祝的时候,镓未来已应用GaN 器件的PFC AHB拓扑架构,将功率密度做到了惊人的2.14W/cm³,120W满载10分钟,效率高达94%以上,体积几乎与常见的65W快充相同——小个子,大能量,小巧便携,外出携带毫无负担。

PFC AHB拓扑架构

镓未来120W超快闪充迷你充电器方案使用了全 GaN FET 的设计,在PFC架构中,使用了1颗 G1N65R240PB,AHB(非对称半桥架构)使用了两颗 G1N65R480PB。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(4)

非对称半桥(AHB)反激拓扑,可实现更高的效率和更高的开关频率。由于漏感中的能量被吸收,在主功率管开启过程中不存在漏感尖峰,功率管的电压应力更小,输入电压范围更宽,EMI噪声更小。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(5)

但传统的Si MOSFET的材料特性使器件无法工作在高频,同时限制了PFC电感的尺寸,无法满足小型化,高功率密度的需求。GaN FET的应用,提升了工作频率,使AHB能够向更小体积更高功率密度的方向发展,同时GaN FET降低了开关损耗以及反向恢复损耗,满足超快闪充对高效率以及高功率密度的需求。

GaNext-规格特点

镓未来120W超快闪充迷你充电器方案采用两脚输入,支持 90~264Vac 宽电压输入,输入频率支持50/60 Hz,支持最高 20V 6A 输出,满载效率高于 94.3%,输出电压纹波小于 300mV,工作温度 0~40℃,方案支持TSD、OLP、OVP、OCP、SCP、Open Loop 保护。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(6)

镓未来120W超快闪充迷你充电器方案带壳尺寸为 53x46x23mm,功率密度做到了 2.14W/cm³。方案采用被动散热设计,表面温升小于50℃,20V/16.5A 条件下触摸温度满足 IEC 62368-1 标准,EMI 满足 EN55032 CE&RE Class B 标准。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(7)

上图为 230Vac 输入下,常规 120W QR 电源和镓未来 120W 电源方案效率曲线对比图,可以看到镓未来120W超快闪充迷你充电器方案从轻载到重载条件下,效率均高于常规 120W QR 电源方案。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(8)

对于氮化镓功率器件的应用,主流的形态是分立和合封两种,合封氮化镓芯片使用相对容易,但是输出功率难以做大;而 E-mode 氮化镓分立器件驱动困难,功率范围相对于合封有所提升,但是大功率驱动容易受干扰;但镓未来 G1N65R240PB 和 G1N65R480PA 作为 Cascode GaN分立器件,驱动简单,和Si MOSFET完全一致,功率范围宽,涵盖更多应用场景。

GaN器件

与传统 Si MOSFET 相比,镓未来 G1N65R240PB 和 G1N65R480PA 两款 Cascode GaN 在应用时具备诸多优点。

更高栅极耐压,可兼容Si MOSFET Driver

相别于普通增强型氮化镓功率器件不超过 7V的栅极耐压,镓未来的所有氮化镓产品的Vgs均可以达到±20V,驱动电压通常建议为 12V,驱动线路仅需3个电阻及一个二极管,与Si MOSFET相同,可使设计者对驱动器有更多选择空间,且在驱动线路上保持熟悉感,减少设计风险。

更高阈值电压,避免误导通

普通增强型氮化镓的典型阈值电压1.7V,这与Si Superjunction器件(典型值一般在3V左右)相比,其抗噪声干扰能力低,增加了误导通的风险, 因此其对封装和Layout 要求极为严苛,需要尽可能减少寄生电感及噪声干扰的影响。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(9)

镓未来 G1N65R240PB 和 G1N65R480PA 将Vgs(th)提高到2.2V,可有效降低栅极噪声带来的误导通风险,提高了氮化镓器件的稳定性和可靠性,让设计者更放心、更安心。

GaN FET业界最低动态电阻,提高效率

在高压应用中,由于GaN器件的异质接触面中存在缺陷,会束缚一部分电子,从而在开关过程中增加了导通阻抗,此时的导通电阻称为动态电阻。动态电阻会增加GaN器件的导通损耗并且导致更高的温升,影响GaN器件的稳定性、可靠性以及系统的转换效率。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(10)

普通增强型氮化镓器件的动态电阻比静态Rds(on)上浮30%左右,尤其是在150度结温时,动态内阻竟然达到了25度结温时静态Rds(on)的2.5倍。G1N65R240PB 和 G1N65R480PA 采用特殊工艺,有效抑制了动态内阻,150度结温时仅为25度结温时的1.5倍,极大的降低了导通损耗,提升效率的同时,满足了大功率闪充的苛刻散热要求。

Vsd 做到业界最低1.6V

镓未来的氮化镓器件反向工作时,可以实现自动续流,在第三代半导体器件中(GaN and SiC),Vsd 做到业界最低1.6V,而普通增强型氮化镓器件 Vsd 为 3.2-5.6V,SiC MOSFET 的 Vsd 为4.8V,且负压关断会导致续流压降进一步提高,在大功率的桥式拓扑应用中表现尤为突出,减少死区损耗,提升效率。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(11)

充电头网获悉,镓未来 G1N65R240PB 和 G1N65R480PA 已经正式量产,有需求的伙伴可与镓未来联系哦~

关于镓未来

珠海镓未来科技有限公司成立于2020年10月,专注于高稳定性、高可靠性的氮化镓产品的研发和生产。

33w氮化镓快充 功率密度2.14Wcm³镓未来推出120W超快闪充迷你PD电源量产方案(12)

镓未来依托GaN功率器件的世界领先技术,实现GaN功率器件的国产化,可提供30W~6000W GaN器件以及系统解决方案的科技公司,致力于成为国产第三代半导体—氮化镓产品国际化的探路者及开拓者,为更好的赋能绿色能源及碳中和的伟大使命而砥砺前行。

充电头网总结

随着智能手机快充技术的发展以及 USB PD 3.1 快充标准的普及,120W功率段充电器的市场需求愈发旺盛。但目前市面上120W充电器的体积普遍都偏大,对日常使用和外出携带都造成一定不便,镓未来此次推出的120W超快闪充迷你充电器量产方案,采用 PFC AHB 拓扑架构,内置多颗镓未来 Cascode GaN 器件,实现输出功率相同的基础上,体积大幅缩小,效率大幅提升。

,

免责声明:本文仅代表文章作者的个人观点,与本站无关。其原创性、真实性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容文字的真实性、完整性和原创性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并自行核实相关内容。文章投诉邮箱:anhduc.ph@yahoo.com

    分享
    投诉
    首页