原创 采用GaN FET的USB Type-C电源适配器(电路图+BOM表)

2022-6-15 09:13 501 1 1 分类: 电源/新能源 文集: 方案
GaN晶体管拥有开关速度快、效率高等优势,本方案结合Transphorm公司的GaN FET和士兰微电子的有源钳位反激式(ACF)PWM控制器,实现了94.5%的峰值效率和30W/in3的无封装功率密度,用于笔记本电脑、平板电脑、智能手机和其他终端设备的电源供电。

图1.65W USB Type--C Power Delivery(PD)适配器

方案介绍

本方案结合Transphorm的SuperGaN第四代平台(Gen IV)与士兰微电子的有源钳位反激式(ACF)PWM控制器,实现了开放式架构的65W USB Type-C Power Delivery(PD)充电器,性能超过了目前使用硅MOSFET或e-mode GaN晶体管的同类解决方案,而且体积更小。主要性能如下:
输入电压:90-265VAC
输出电压:5V、9V、15V、20V
最大输出功率:65W
输出端头:USB Type-C PD
效率:》94%

图2. 65W USB Type--C Power Delivery(PD)充电器电路图

输入保护方面,方案采用了一个慢动作(slow-acting)输入保险丝F1,保护下行元器件破坏性失效情况的发生;压敏电阻RV1用来吸收来自电源线的突波并减少来自下行元件的电压过冲,NTC热敏电阻用于浪涌电流保护。

为了满足EN55022标准并保留足够裕量,方案采用了由C1电容器、共模扼流圈L1、变压器T1组成的EMI滤波器电路。

方案采用SZ1130全集成有源钳位反激控制器提供全面故障保护,包括输入欠压停止(UVLO)保护、输入过压停止(OVLO)保护、内部过温保护(OTP)、外部过温保护(OTP)、峰值电流限制(PCL)、过功率保护n(OPP)、输出短路保护(OSC)等。

芯齐齐BOM分析

方案BOM表元器件总数131个,包括来自Transphorm公司的TP65H300G4LSG SuperGaN FET,来自士兰微电子的SZ1130有源钳位反激控制器。

芯齐齐BOM分析工具显示,SuperGaN FET采用PQFN88封装,是具有顶级栅极坚固性的650V 240mΩ器件。不同于增强型(e-mode)器件,GaN FET不需要额外的偏置轨或电平转换器等保护性外部电路——这一优势可以提高效率。这些特性和其他功能进一步提高了适配器系统的整体功率密度,并降低材料清单(BOM)成本。

图3. 方案TBOM表

SZ1130是全集成ACF PWM控制器,将自适应数字PWM控制器、有源钳位FET、有源钳位栅极驱动器和UHV启动稳压器集于一体。与其他准谐振(QR)控制器方案相比,SZ1130性能更高,设计简单,PCB占位小。
WT6633P是来自的USB PD控制芯片,采用QFN-16封装,通过了高通Quick Charge 4和Quick Charge 4+测试认证。该芯片内建稳压器,工作电压3-24V,支持PPS规格,用于包含笔电、2合1装置、平板及智能手机在内的USB Type-C产品电源供应器,以及USB Type-C周边配件如车充、行动电源、延长线、连结基座与dongle。

电容器中,电路标号C10采用0805规格的150pF 200V NPO电容器,C1为220nF的X2类陶瓷安规电容器,C5、C6、C20为560uF 20%的引线型铝电解电容器,C21为68uF 80V 20%引线型铝电解电容器,C33为47uF 20% 16V的径向引线铝电解电容器,其余全部采用X7R MLCC。

除了共模扼流圈L1和电源变压器L2要按照按要求定制,其他元器件均为标准品,可按照BOM表中的料号选购或从硬之城(allchips)一站购齐。

作者: 硬之城Allchips, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3975615.html

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