原创 镓未来700W GaN电源方案拆解：性能稳，效率极高

　　【哔哥哔特导读】一文揭秘镓未来700W GaN电源方案。

　　珠海镓未来科技有限公司(简称“镓未来”)是一家半导体器件设计及生产商，致力于第三代半导体GaN-on-Si器件技术创新和领先。值得关注的是，镓未来最新的700W图腾柱PFC+LLC电源方案问世，全新架构效率极高。

　　

　　镓未来700W图腾柱PFC+LLC电源方案

　　通过下图，我们来看看在该大功率GaN电源方案主板上，采用的元器件。

　　

　　半导体器件应用网了解到，镓未来采用GaN器件无桥图腾柱PFC方案，不仅解决了传统FPC线路效率无法提升的问题，而且通过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。

　　值得注意的是，该GaN电源方案使用8颗集合了整流和PFC功能的MOSFET，是减少元器件数量和提升整流环节效率的关键。其中4颗采用的是镓未来GaN MOSFET——G1N65系列FET产品。

　　

　　型号：G1N65R050TB

　　G1N65系列FET是镓未来的混合型常关氮化镓(GaN)MOSFET，具有市场上所有宽带隙器件中最强的栅极和最低的反向压降。它们允许简单的栅极驱动，提供一流的性能和卓越的可靠性。

　　◇ 特点：

　　• 具有高阈值的强栅极，无需负栅极驱动，高重复输入电压公差为±20V。

　　• 快速开启/关闭速度，减少交叉损失。

　　• 低QG和简单的栅极驱动，可在高频下实现最低的驱动器消耗。

　　• 在所有SiC和GaN FET中，关态反向传导的VF最低，死区时损耗低。

　　• 低QRR适用于出色的硬开关电桥应用。

　　• 800V的高峰值耐受性增强了可靠性。

　　◇ 应用：半桥降压/升压、图腾极PFC电路或逆变电路、高效/高频移相、LLC或其他软开关拓扑。

　　其他产品资料可参考：

　　

　　此外，该GaN电源方案上还有一款恒泰科的150V N-Ch功率MOSFET。

　　

　　型号：GP057N15S

　　◇ 特点：

　　• 高速功率平滑开关

　　• 增强的体二极管dv/dt能力

　　• 增强雪崩强度

　　• 100%UI测试，100%Rg测试

　　• 无铅

　　◇ 应用：开关电源中的同步整流、硬开关和高速电路、电动工具、不间断电源、电机控制。

　　其他产品资料可参考：

　　

　　更值得注意的是，该电源方案还搭载了瞻芯电子自主开发的连续模式图腾柱PFC控制器 IVCC1102。

　　

　　型号：IVCC1102

　　瞻芯电子自主开发的 IVCC1102 ，不仅能缩短电源开发时间，降低开发人力和器件成本，还能克服多项控制难点，提高电源的可靠性，如反电流倒灌控制、平滑过零点电流控制难题、兼顾低总谐波失真(THD)和快电压环控制，以及抗雷击破坏等。

　　

　　此外，芯片内置高可靠性的模拟控制，具备快速精确的功率因数校正控制信号输出，不使用数字电源控制器，无需编程调试。不管是搭配SiC器件，还是搭配GaN器件，瞻芯电子IVCC1102都能大幅简化器件选型及开发任务，大大加快产品的开发速度，保证方案的高效、高可靠性，迅速推出高性能电源产品。

　　镓未来700W图腾柱PFC+LLC电源方案底面：

　　

　　接下来，我们来看一下在GaN电源方案PCB板底面，有哪些主要的元器件。

　　元器件一：

　　

　　型号：NCP13992

　　NCP13992是安森美的半桥谐振变换器的高性能电流模式控制器。该控制器实现了600V门驱动器，简化了布局，减少了外部元件数量。在需要PFC前级的应用中，NCP13992具有一个专用输出，用于驱动PFC控制器。此功能与静音跳跃操作模式技术一起，进一步提高了整个应用程序的轻负载效率。

　　NCP13992提供了一套保护功能，允许在任何应用中安全操作，包括过载保护、过载保护−防止硬开关循环的电流保护，棕色−输出检测，光耦开路检测，自动死机−时间调整完毕−电压(OVP)及过温(OTP)保护。

　　◇ 特点：

　　• 电流模式控制方案

　　• 用于快速谐振水箱稳定的专用启动顺序

　　• 锁定或自动−恢复输出短路保护

　　• 严重故障条件下的锁定输入，例如OVP或OTP

　　• 根据负载条件进行PFC阶段运行控制

　　• 具有极低泄漏电流的启动电流源

　　• 动态自我−电源(DSS)在关闭状态下运行−模式或故障模式

　　• 引脚到相邻引脚/开放引脚故障保护

　　◇ 典型应用：适配器和离线电池充电器、平板显示器电源转换器、计算电源以及工业和医疗电源。

　　其他产品资料可参考：

　　

　　元器件二：

　　

　　型号：MP6924A

　　MP6924A是MPS的一款双快速关断智能整流器，用于LLC谐振变换器的同步整流。IC驱动两个N沟道MOSFET，将其正向压降调节为Vfwd(MP6924:45mV，MP6924A:29mV)，并在开关电流变为负值之前关闭MOSFET。MP6924A具有轻载功能，可在轻载条件下关闭门驱动器，将电流限制在175μa。MP6924A的快速关闭功能可同时启用连续传导模式(CCM)和不连续传导模式(DCM)。MP6924A需要最少数量的现成标准外部组件，并可在SOIC-8封装中使用。

　　◇ 特点：

　　• 适用于标准和逻辑级MOSFET

　　• 与能源之星兼容

　　• 快速关闭总延迟35ns

　　• 宽的4.2V~35V VDD工作范围

　　• 轻载模式下175µA低静态电流

　　• 支持CCM、CrCM和DCM操作

　　• 支持高压侧和低压侧整流

　　• 在一个典型的笔记本电脑适配器中可节省高达1.5W的电量

　　• 采用SOIC-8封装

　　◇ 应用：AC/DC适配器、PC电源、LCD和LED电视、隔离DC/DC电源转换器。

　　其他产品特征可参考：

　　

　　元器件三：

　　

　　型号：NSI6602

　　NSI6602是纳芯微的高可靠性隔离双通道栅极驱动IC系列，可设计用于驱动开关频率高达2MHz的功率晶体管。每个输出可以产生4A和6A峰值电流，具有25ns的快速传播延迟和5ns的最大延迟匹配。

　　NSI6602在5*5mm LGA13封装中为每个UL1577提供2500Vrms隔离，在SOP16(150mil)封装中提供3000Vrms隔离，在SOP16(300mil)或SOP14(300mil)封装中提供5700Vrms隔离。

　　◇ 特点：

　　• 隔离双通道驱动器

　　• 输入侧电源电压：2.7V至5.5V

　　• 驾驶员侧电源电压：UVLO最高可达25V

　　• 高CMTI:±150kV/us典型值

　　• 6ns最大脉宽失真

　　• 可编程死区时间

　　• 接受最小输入脉冲宽度20ns

　　• 工作温度：-40℃~125℃

　　◇ 应用：服务器、电信和工业隔离DC-DC和AC-DC电源、直流-交流太阳能逆变器、电机驱动和电动汽车充电、UPS和电池充电器。

　　其他产品资料可参考：

　　

　　元器件四：

　　

　　型号：LP3716NCK

　　LP3716NCK采用SOP8L封装，是一款高度集成的隔离型适配器和充电器的自供电PSR控制芯片，外围设计极其简单。LP3716NCK固定原边峰值电流，通过变压器原副边匝比来设置输出恒流点;通过设定FB上偏电阻和下偏电阻来设置输出恒压点。LP3716NCK还集成了多种的保护功能，包括VCC钳位/欠压保护，FB脚上电阻开路保护，输出短路保护，输出过压保护以及过温保护等保护功能。

　　◇ 特点：

　　• 集成BJT，适用于12W以下隔离方案

　　• 内置高精度的固定峰值电流，恒流精度高

　　• 极低的待机功耗

　　• 专利的电流驱动，降低温升

　　• 输出线损补偿技术

　　◇ 应用：适配器、充电器、LED驱动电源、线性电源和RCC开关电源升级换代以及其它辅助电源等。

　　其他产品信息可参考：

　　

　　元器件五：

　　

　　型号：EL101X

　　EL101X-G系列器件由一个红外发光二极管组成，该二极管与光电晶体管探测器进行光学耦合。化合物使用游离卤素和Sb2O3。

　　◇ 特点：

　　• 符合游离卤素标准

　　• 电流传输比

　　(电流：在IF=5mA，VCE=5V时为50~600%)

　　(电流：在IF=10mA，VCE=5V时为63~320%)

　　• 输入和输出之间的高隔离电压(Viso=5000 V rms)

　　• 紧凑的4针SOP，轮廓为2.0毫米

　　• 8毫米长的爬电距离

　　• 无铅，符合RoHS标准。

　　• UL认证(编号E214129)

　　• VDE批准(编号40028391)

　　• SEMKO批准

　　• NEMKO批准

　　• 德姆科批准

　　• FIMKO批准

　　◇ 应用：可编程控制器、系统设备、测量仪器、电信设备、风扇加热器等家用电器、不同电位和阻抗电路之间的信号传输。

　　其他产品资料可参考：

　　

　　半导体器件应用网总结：

　　经过拆解分析，值得一提的是，镓未来700W GaN电源方案搭载高性能的控制器、整流器和隔离双通道驱动器等元器件，不仅可实现过温保护、短路保护等保护功能，而且大大提高电源转换效率，有效保障电源的安全性和可靠性;同时采用镓未来自研的G1N65系列GaN MOSFET和恒泰科的功率MOSFET，成就了700W智能混合信号无桥图腾柱PFC+LLC电源解决方案。整体来说，该GaN电源方案设计大大减少了元器件的数量，同时有效提高电源效率。

　　据了解，镓未来700W GaN电源方案满载效率可高达96.72%，符合80PLUS钛金能效，适合工作在0-40℃温度环境，并应用于大功率电源设备;其整机能效的提高，每年可为每台设备节省80-120度电。目前该GaN电源方案已经实现量产。

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