镓未来推出图腾柱PFC LLC量产电源方案：内置氮化镓，700W输出效率高
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充电头网获悉，近期珠海镓未来科技针对中国国标强制法规GB 20943以及欧洲电工标准化委员会IEC 61000-3-2的要求，采用自研的G1N65R150TA和G1N65R050TB两款低动态内阻Cascode氮化镓器件，搭配瞻芯电子IVCC1102芯片，率先实现了700W智能混合信号无桥图腾柱 PFC LLC量产电源解决方案，其满载效率高达96.72%， 符合80PLUS钛金能效。 氮化镓用于图腾柱PFC 作为几乎完美的高功率因子电路，设计人员使用4颗MOSFET集合了整流和PFC的功能，将元器件数量减少的同时，也将整流环节效率提升。可是，传统Super Junction MOSFET管存在寄生三极管， 当DV/DT过高时，易使寄生三极管导通，引起雪崩击穿。 x2147483647*quality=80*type=jpg" style="box-sizing: inherit; border: 0px; max-width: 100%; margin-bottom: 10px;" alt="" /> 同时Super Junction MOSFET存在体二极管反向恢复带来的直通电流和损耗问题，所以当主管在大电流快速开启的时候，副管的反向恢复电荷Qrr造成的瞬态电流能直接把MOS烧毁。而为了解决这个问题，只能采用非连续的CRM模式，让电流降为0的时候再开启，代价就是平均电流、功率只有原来的一半。 x2147483647*quality=80*type=jpg" style="box-sizing: inherit; border: 0px; max-width: 100%; margin-bottom: 10px;" alt="" /> 而GaNext GaN就可以完美解决以上问题。GaN导电原理是通过氮化镓和铝镓氮两层之间的压电效应形成的二维电子气导电的，不但没有体二极管和寄生三极管，不会发生DV/DT失效模式， 而且具有其他优越的性能。在以上表中可以看到，跟Super Junction MOSFET相比，氮化镓的Qg和输出电容都是其五分之一。 GaN的Qrr是Super Junction MOSFET的200分之一！哪怕是跟专门用于快恢复的Super Junction MOSFET相比，Qrr性能也是要好10倍以上。这意味着GaN 使得图腾柱PFC可以工作在连续电流模式提高效率的同时保持高功率密度，实现接近理想转换效率。 x2147483647*quality=80*type=jpg" style="box-sizing: inherit; border: 0px; max-width: 100%; margin-bottom: 10px;" alt="" /> 珠海镓未来科技采用GaN器件无桥图腾柱PFC方案，设计上去除了输入整流桥固有的Vf损耗，解决了传统FPC线路效率无法提升的问题。同时通过Cascode GaN的应用，解决图腾柱PFC MOSFET反向恢复电荷Qrr过高的只能采用CRM工作模式的问题。用具有极低等效Qrr的Cascode GaN器件，使得PFC可以工作在连续电流模式提高效率的同时也不牺牲功率密度，实现高达99.1%的转换效率。 镓未来700W GaN电源关键参数 x2147483647*quality=80*type=jpg" style="box-sizing: inherit; border: 0px; max-width: 100%; margin-bottom: 10px;" alt="" /> 镓未来这套700W GaN电源方案功率密度可达14.7W/in³，适合工作在0-40℃温度环境下，支持90-264V~50/60Hz全球宽范围电压输入，可在40V-56V调压输出，最大恒流13A，最大输出功率700W。满载效率≥96.72%，输出电压纹波＜300mV。 x2147483647*quality=80*type=jpg" style="box-sizing: inherit; border: 0px; max-width: 100%; margin-bottom: 10px;" alt="" /> 另外电源采用三脚插口，做了接地处理避免用户触点，提升使用体验；三围尺寸（带塑料外壳）仅260mm X 75mm X 40mm，表面温升低于50℃，符合IEC 62368-1标准，EMI标准符合EN55032 CE * RE Class B，支持TSD、OLP、OVP、OCP、SCP、Open Loop等保护。 x2147483647*quality=80*type=jpg" style="box-sizing: inherit; border: 0px; max-width: 100%; margin-bottom: 10px;" alt="" /> 镓未来700W GaN电源整机能效对比市面上普通在售SI MOS产品，半载测试下提高了接近2%的转换效率，在满载情况下提高了接近1.3%的转换效率。节能提升了38.72%，预计可以为每台单电源设备年节省80-120度电。 x2147483647*quality=80*type=jpg" style="box-sizing: inherit; border: 0px; max-width: 100%; margin-bottom: 10px;" alt="" /> 以上为镓未来700W GaN电源电路拓扑图示，供大家参考。 温升测试 x2147483647*quality=80*type=jpg" style="box-sizing: inherit; border: 0px; max-width: 100%; margin-bottom: 10px;" alt="" /> 上图为镓未来700W GaN电源方案在无散热片情况下，25℃环境温度下 110V/60Hz裸机连续运行1 小时的热成像图。可以看出，得益于GaNext优异的GaN器件性能以及成熟的可靠性设计方案。700W GaN LED驱动电源裸板正面的最大实测温度仅为88.8℃。 镓未来GaN器件优势 珠海镓未来科技G1N65R150TA和G1N65R050TB，兼容SuperJunction驱动，在25℃环境温度下动态内阻不超过150mohm和50mohm，提供TO-220、TO-247插件封装。以其强壮的抗干扰能力和简易的驱动方式，助力用户实现简洁高效的150W-1500W电源方案。 更低动态电阻，提高转换效率 在高压应用中，尽管氮化镓器件可以大大降低开关损耗，但往往存在一个对导通损耗不利的特性，称为动态内阻。从高压阻断状态变化成导通状态后的一小段时间，氮化镓器件不能立刻工作到长时间导通的内阻状态（静态内阻），此时的阻值高于静态内阻。 市面上普通增强型氮化镓器件动态内阻比静态上浮30%左右，尤其是在150℃结温时，动态内阻往往高达25℃结温时静态内阻的250%。G1N65R150TA和G1N65R050TB采用特殊工艺，动态内阻得到降低，25℃结温时动态内阻为标称值150mohm和50mohm，150℃结温时仅为25℃结温时的1.5倍，有效的降低了导通损耗，满足了150W-3600W电源的苛刻散热要求。 更高栅极耐压，从容应对多种控制器方案 相别于普通增强型氮化镓功率器件不超过7.5V的栅极耐压，镓未来的所有氮化镓产品栅极可以耐受的极限电压高达20V，这就可以兼容用于驱动超结器件的控制器。这些控制器的驱动电压通常为12V，如果用于驱动普通增强型氮化镓器件，需要增加分压阻容网络和钳位齐纳二极管，驱动线路多达8个器件。而采用镓未来的氮化镓器件，驱动线路仅需一个电阻和一个磁珠，或3个电阻及一个二极管，与传统硅超结器件相同，简洁的外围电路有效降低了占用的PCB面积，特别适合小尺寸的快充设计。 更高阈值电压，避免误导通 普通增强型氮化镓的阈值电压通常为1.5V，这与硅超结器件（典型值一般在3V左右）相比，其抗噪声干扰能力降低，增加了误导通的风险了。因此产品封装和Layout处理起来相对比较麻烦，需要尽可能减少源极寄生电感的影响。G1N65R150TA和G1N65R050TB将开通阈值电压提高到了3.5V, 可以有效降低栅极噪声带来的误导通风险，电源产品设计更为容易。 总结 珠海镓未来科技是国内领先的氮化镓功率器件生产企业，致力于高性能级联结构氮化镓产品的研发和生产，使用特殊的集成技术结合了硅器件的易用性和氮化镓器件的高频率高效率的特点，实现十瓦至万瓦级高功率密度电源解决方案。 据悉，镓未来G1N65R150TA和G1N65R050TB已经正式量产，基于这两款器件开发的700W氮化镓器智能混合信号无桥图腾柱 PFC LLC 电源量产方案，可实现了80PLUS钛金能效，满载转换效率高达96.72%。 有需求的伙伴可以与镓未来科技联系，获取更多产品详细信息。 |
