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英诺赛科氮化镓多口快充demo测试

2021-09-03 充电头网 阅读:
针对100W快充降速的问题,英诺赛科推出了高功率密度的200W氮化镓3C2A多口快充参考设计,在单口及双口输出时任意C口均可100W快充,充分满足大功率快充需求,A口支持30W快充。多口输出策略输出参数可以根据需求定制。

多口PD快充具有多个输出口,可以同时为手机和笔记本充电,很受市场欢迎。但是现在的100W快充,单一接口可以输出100W,连接其他接口后,输出功率会降低为65W或者45W,这就很影响快充体验了。yxzednc

针对100W快充降速的问题,英诺赛科推出了高功率密度的200W氮化镓3C2A多口快充参考设计,支持功率盲插,双C口输出时,都可以以100W满功率输出,不会影响快充体验,三个C口同时输出时,为100W+45W+45W,保证有一个C口可以满功率输出,保证使用体验的同时还可以为连接的设备尽可能的高速充电。yxzednc

英诺赛科200W参考设计,在单口及双口输出时任意C口均可100W快充,充分满足大功率快充需求,A口支持30W快充。多口输出策略输出参数可以根据需求定制。yxzednc

方案介绍

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英诺赛科200W氮化镓快充参考设计采用PFC+LLC的拓扑,电源采用固定电压输出,搭配四路小板独立降压,用于五个接口的快充输出。yxzednc

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英诺赛科200W氮化镓快充参考设计使用MPS二合一控制器HR1211配合英诺赛科氮化镓INN650D260A组成带PFC的LLC的恒压输出开关电源,次级采用MPS MP6924搭配安森美NTMFS5C628NL同步整流。C口与A口输出二次降压采用智融SW3516H和SW3515进行电压转换。yxzednc

体积大小

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使用游标卡尺测量PCB长度约为76mm。yxzednc

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使用游标卡尺测量PCB宽度约为74.9mm。yxzednc

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使用游标卡尺测量PCB厚度约为21.8mm,板端功率密度高达1.61W/cm³。yxzednc

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与苹果96W充电器对比,英诺赛科200W参考设计体积几乎相同。yxzednc

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侧面看厚度还略薄一些。yxzednc

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英诺赛科200W氮化镓参考设计厚度小于一元硬币直径。yxzednc

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与iPhone 12 Pro Max宽度相当。yxzednc

 

用料解析yxzednc

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电源输入垂直焊接了一块小板,上面是共模电感等输入EMI滤波器件。立体结构充分利用空间。yxzednc

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电源输入端采用三颗整流桥分摊发热,降低温升,整流桥来自扬杰,型号为YBSM6010,耐压1000V,额定电流6A。yxzednc

这款电源方案的主控芯片,MPS HR1211是一颗内部集成PFC和LLC控制器的数字模式二合一控制器,可使用图形界面进行编程,并支持密码保护配置文件。yxzednc

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MPS HR1211是一颗高集成多模式的PFC和LLC二合一控制器,使用一颗芯片即可完成传统2-3颗芯片才能完成的功能,简化电路设计并减少元件数量。HR1211内置的PFC控制器和LLC控制器,通过数字内核控制,根据负载情况实现联动控制,在连续、跳周期和Burst模式下运行,并可通过UART接口配置,以获得更高的效率。yxzednc

英诺赛科200W氮化镓快充参考设计采用氮化镓加碳化硅二极管的组合,PFC级采用自家INN650D260A搭配泰科天润G3S06505R碳化硅二极管。碳化硅二极管反向恢复电流几乎为0,可以提高开关频率,并优化EMI特性。缩小磁性元件体积,并提高效率。yxzednc

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HR1211的供电电容布局在PCB边缘,来自丰宾,100μF25V,放置在边缘可以有效防止电源高温工作影响电容寿命。yxzednc

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PFC开关管采用英诺赛科 INN650D260A,两颗并联。这是一颗导阻为260mΩ的氮化镓开关管,支持650V耐压,峰值耐压750V。得益于工艺改进,相比英诺赛科之前的氮化镓器件,单位面积Ron更小,具备更小的导通损耗,性能有明显的提升。INN650D260A适用于65-120W的反激拓扑,120-200W的LLC拓扑。yxzednc

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英诺赛科INN650D260A采用DFN8*8封装,支持超高开关频率,适用于AC-DC和DC-DC开关电源,图腾柱PFC,电池快充等高功率密度高能效功率转换。yxzednc

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PFC升压整流使用泰科天润 G3S06505R碳化硅二极管。泰科天润 G3S06505R是一颗耐压650V,额定电流5A的碳化硅二极管,用于PFC升压整流。其支持175℃工作温度,适用于开关电源,功率因数校正,电机驱动,逆变器及电动汽车充电器等场合应用。yxzednc

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初级滤波电容共四颗并联焊接在垂直小板上。使用PFC电路能有效减小初级滤波电容容量,减小充电器体积。yxzednc

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LLC谐振两颗开关管采用英诺赛科INN650D260A。yxzednc

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另外一颗开关管。yxzednc

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LLC架构特有的谐振电容,来自捷威,0.022μF 630V耐压,MPP92,壳式封装。yxzednc

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输出同步整流采用MPS MP6924 双路LLC同步整流控制器,可驱动两个同步整流管,支持快速关断,支持DCM、CCM和CrCM工作模式,外围元件精简。MP6924支持35V输出电压,可搭配逻辑电压和标准电压的同步整流管,支持CCM、CrCM和DCM运行模式,支持高侧和低侧同步整流,采用SOIC-8封装。yxzednc

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两颗同步整流管采用安森美NTMFS5C628NL,NMOS,耐压60V,导阻2.4mΩ。yxzednc

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Y电容为特锐祥贴片Y电容,具有体积小、容量大、耐热性好、适合批量生产的优点。yxzednc

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输出滤波电容为两颗绿宝石BC系列固态电容,1000μF 25V,两颗并联。yxzednc

英诺赛科200W氮化镓参考设计采用固定电压输出,独立降压的架构,三颗智融SW3516H进行独立的三路USB-C输出,一颗智融的SW3515用于两个USB-A口输出,单口独立快充,双口5V。智能功率控制采用芯海CSU38F16单片机控制。并且可按照实际情况进行配置。yxzednc

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输出三个USB-C口均具备100W功率输出,支持功率盲插。小板正面焊接VBUS开关管,磁环降压电感和一颗永铭的NPX固态电容。yxzednc

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智融的SW3516H是一款支持1A1C双接口的同步降压控制器,内置5A降压转换器,支持双口输出时独立限流,单口支持最大100W输出,协议支持广泛,在65到100W的PD快充中都可以使用。yxzednc

SW3516H支持40V输入电压,内置的同步降压转换器,搭配两个NMOS开关管,即可实现5A大电流输出。内置的降压转换器工作频率为125KHz,轻载下PFM运行,中等负载及重载下PWM运行。yxzednc

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小板上焊接两颗AON6354,用于同步整流降压,NMOS,耐压30V,导阻3.3mΩ,DFN5*6大封装可支持100W大功率输出。yxzednc

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输出滤波电容来自永铭,NPX系列固态电容,220μF25V耐压,该系列电容具有小体积、低ESR、高容许纹波电流、高可靠性、耐开关冲击等特点。yxzednc

方案测试

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根据英诺赛科提供的资料显示,这款200W的参考设计,在90Vac输入时,25%负载的效率达到92.6%,满载效率达到94%。230Vac输入时,25%负载效率达到93.7%,满载效率达到96.4%,可有效降低满载温升问题。yxzednc

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图表为不同电压下的效率测试结果。yxzednc

HR1211的PFC控制既能工作于断续模式,又能工作于连续模式。在AC90V时,使PFC电感进入连续模式能降低PFC电感温升8度左右,同时PFC整流管采用两颗GAN并联,相对使用单颗GAN,PFC开关管的损耗被两颗器件分摊开,从而能降低PFC开关管温升大概10度左右。yxzednc

下面是英诺赛科的200W电源温升测试,90Vac输入,测试满载输出温升。测试环境温度为28.8℃,热机2小时。yxzednc

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其中LLC变压器温度为92℃,LLC谐振电感温度为95℃,输出滤波电解电容温度为76℃,PFC电感温度为91℃。yxzednc

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来到电路板背面,PFC氮化镓开关管温度为114℃,LLC两颗氮化镓开关管温度分别为99.8℃和95.6℃,同步整流管温度为95.5℃,整流桥温度为113℃,PFC二极管温度为105℃。测试中,整流桥和PFC二极管需要额外增加散热片辅助散热。yxzednc

充电头网总结

通过将多口PD快充的功率提高到200W,直接解决了百瓦多口的功率分配问题。以小幅度的体积增加,换取翻倍的功率输出。即使不能用满充电器的输出功率,低功率输出也可以降低充电器的温升,提升使用体验。yxzednc

英诺赛科200W氮化镓快充参考设计,通过使用氮化镓开关管配合PFC+LLC的高效架构,满足了小体积而又高效的电源设计。解决了传统百瓦多口充电器在接入两个设备,不能保持百瓦输出的问题。并且两个百瓦接口同时输出,与两个独立的百瓦充电器相比,体积优势非常明显。yxzednc

使用高效率的LLC谐振架构搭配INN650D260A氮化镓器件以固定电压输出,可以获得高转换效率,降低充电器的散热需求。并且在输出端使用灵活的二次降压电路,可在充电器中实现多种接口以及不同电压的输出支持,满足厂商个性化需求。yxzednc

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