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氮化镓全新应用诞生,大幅提升升降压电路效率

2022-04-26 充电头网 阅读:
氮化镓功率器件的推出,首先应用在快充充电器上。氮化镓快速开关的优势,提高了充电器的开关频率,减小变压器体积,并降低器件的散热需求,从而显著缩小了充电器的体积,使充电器具备更大的输出功率,更多的输出接口,深受消费者的喜爱。

氮化镓功率器件的推出,首先应用在快充充电器上。氮化镓快速开关的优势,提高了充电器的开关频率,减小变压器体积,并降低器件的散热需求,从而显著缩小了充电器的体积,使充电器具备更大的输出功率,更多的输出接口,深受消费者的喜爱。gvOednc

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英诺赛科在推出高压GaN器件并获得广泛应用以后,瞄准低压市场发力,推出了INN040W040A低压氮化镓器件,其具有40V耐压,导阻仅为4mΩ,具备氮化镓无反向恢复的优势,栅极电荷仅为同规格硅MOS的二分之一不到,能够降低控制器驱动压力,缩短死区时间。并支持更高的开关频率,减小电路体积并提高转换效率。gvOednc

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对于车充市场来说,支持百瓦大功率输出的车充很少,具备65-100W大功率输出的车充,可以提供等同于设备原装快速充电器的理想充电效果。但受限于硅MOS的物理性能,频率低,损耗大,相关的产品很少,售价也较高。英诺赛科推出的低压氮化镓器件,可以在车充和笔记本电脑应用中取代传统硅MOS,在提升转换效率的同时,提高功率密度,缩小体积,满足更多需求。gvOednc

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英诺赛科推出了一款使用低压氮化镓器件的同步升降压参考设计,其支持12-24V输入电压范围,输出支持3.3-19.2V,支持150W输出功率,满足百瓦大功率车充,笔记本内置充电,大功率快充移动电源应用。氮化镓高频优势可以运行在1.2MHz频率上,减小电感和滤波电容体积,满足小体积与超薄设计,为产品提供更强的竞争力。gvOednc

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英诺赛科150W氮化镓升降压参考设计解析gvOednc

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英诺赛科推出的150W氮化镓升降压参考设计采用南芯SC8886S同步升降压控制器,驱动四颗英诺赛科INN040W040A组成的H桥,用于同步升降压电压转换。PCB板中间是一颗2.2μH合金电感,输入输出使用多颗0805封装MLCC进行滤波。gvOednc

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背面只有少量阻容分立元件和两颗二极管。gvOednc

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参考设计一览,其中输入和直流输出焊接接线柱,电池输出未使用,顶部焊盘为电压测试点。gvOednc

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四颗英诺赛科的氮化镓开关管一字排开组成H桥,芯片边缘大面积过孔通过PCB辅助散热。INN040W040A采用CSP封装,散热性能好,封装面积小。gvOednc

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同步升降压控制器采用南芯SC8886S,是国内首款支持NVDC的同步升降压充电芯片,支持5-24V输入电压,支持1-4串锂电池充电,充电输出电流可达8A,支持I2C数字通信。SC8886S内置8路10位ADC,支持详尽的系统参数采集。gvOednc

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升降压电感使用一颗10*10mm尺寸,2.2μH电感。氮化镓低开关损耗的优势,支持高开关频率,高开关频率可以使用小感量的电感,降低电感铜损,提高转换效率。gvOednc

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输入侧多颗MLCC并联滤波。gvOednc

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输出侧同样采用多颗MLCC进行滤波。gvOednc

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用于控制电池的BAT FET,由南芯SC8886S控制。gvOednc

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I2C接口排针特写,通过I2C接口配置参数。gvOednc

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英诺赛科150W氮化镓升降压参考设计测试gvOednc

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使用24V输入模拟车充实际使用环境,将参考设计开关频率设定为600KHz,输出电压选择5、9、12、15、20V五档PD快充电压,随着输出压差的减小,效率提升。对于20V5A,100W输出时,转换效率高达98%,也就是说在参考设计上的功耗仅为2W,大幅简化大功率车充的散热设计。gvOednc

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在12V输入环境下,对应12V和15V的输出效率最高,非常适合PPS手机快充。在12V输入下,对应20V5A输出的升压效率仍然达到了97%。氮化镓的应用,对于转换效率提升非常明显。gvOednc

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充电头网总结gvOednc

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当前市面上许多便携充电设备的内部设计都十分紧凑,对应的供电器件面积也越来越小。在传统的硅器件上使用高频驱动,开关损耗会显著降低效率,阻碍功率提升。而低压氮化镓器件的应用,解决了效率下降的难题,并且还可以将频率进一步提升,使用更小的电感,减小占板面积。gvOednc

英诺赛科低压氮化镓器件不仅能够在同步升降压中应用,逻辑电压驱动的栅极,还可以用于同步升压,同步降压及锂电池保护应用等。在开关电路中充分发挥氮化镓导阻低,开关速度快的优势,提高频率降低损耗,提供更高效,更具有竞争力的终端解决方案,支持更加个性化的设计,同时也为碳中和、碳减排做出贡献。gvOednc

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