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拆解富源电168W氮化镓锂电池充电器

2023-03-02 充电头网 阅读:
本次拆解的这款充电器内置四颗泰高技术的GaN驱动+HEMTs 功率芯片,采用全封闭密封设计,输出功率为168W,支持 36V 锂电池与48V锂电池充电,内置充饱转灯功能,并具有过压保护,过流保护,短路保护,过热保护等保护功能,满足电动车的锂电池充电应用。
前言
 
前不久充电头网拆解了多个电动车充电器,这些电动车充电器均采用反激架构和二极管整流,并配有散热风扇。转换效率低,体积较大不说,在长时间使用后内部积灰影响散热效果,且风扇噪声也会变大,影响可靠性的同时还会缩短使用寿命。
 
据央视网科技报道数据显示,全国每年发生约 2000 起与电动自行车有关的火灾,其中 80% 是充电时引发。电动车电池发生爆炸、自燃等现象已经造成了不少人员伤亡、财产损失,政府相关部门也对之投以极大的重视。
 
 
所以优化传统充电器的设计,去掉散热风扇,增加充电器防尘防水等级,采用PFC+LLC+SR架构去提升产品可靠性成了最重要的课题。
 
要解决这个问题,高效的电源方案和第三代半导体是必不可少的,通过使用PFC+LLC+SR架构,泰高技术的GaN驱动+HEMTs 功率芯片,可以在无需主动散热的前提下显著缩小体积,使大功率充电器的尺寸与常见适配器相仿,更加便于携带。
 
深圳市富源电电源有限公司是一家专业的开关电源供应商,产品包括平衡车充电器,智能家居电源,POE电源,电动车充电器,安防摄像头电源以及通用,专用开关电源。公司业务全面,并具有全球多个国家的电子产品安规认证和环保认证,实力雄厚。
 
作为一家深耕电源行业14年的充电器企业,富源电研发的产品有着完善的技术专利,获得国内外600多项标准认证,也是国内唯一参与制定美国UL2272标准的充电器企业。富源电深知产品安全作为用户的基本诉求,是企业必担的责任,在这个追求利益风气盛行的时代下,富源电仍坚守本心,坚持科技创新,曾多次被央视(二套)财经频道采访和报道,不断琢磨做出更好的产品,兼顾品质与安全,做世界上最安全的充电器是富源电的使命,为了延续这样的使命,富源电引入了泰高技术的GaN驱动+HEMTs 功率芯片,并应用到锂电池充电器中。
 
这款充电器内置四颗泰高技术的GaN驱动+HEMTs 功率芯片,采用全封闭密封设计,输出功率为168W,支持 36V 锂电池与48V锂电池充电,内置充饱转灯功能,并具有过压保护,过流保护,短路保护,过热保护等保护功能,满足电动车的锂电池充电应用。下面充电头网就对这款充电器进行拆解,一起看看内部的方案和用料。
 

 

富源电168W氮化镓锂电池充电器外观
 
 
富源电168W氮化镓锂电池充电器基于泰高技术GaN驱动+HEMTs 功率芯片设计生产,样式和一般90W笔电适配器一样,但相较此前充电头拆解的几款电动车充电器来说,已经不再需要风扇进行主动散热,并且功率密度大于同功率的传统电动车充电器 1倍以上,这就证明了这款充电器有着非常优秀的效率。
 
相关参数信息:
额定输入电压:100-240Vac
输出电压范围:29.4V-67.2V
电流范围:0-5.5A
推荐电压电流:42V4A     54.6V3A
额定输出功率:168W
效率:≥93.5%(AC 90V/60Hz)
环境温度:25°
IP53 放尘防水等级
保护功能:过压保护、过流保护、短路保护、过温保护、充满自动断电、防倒
 
 
机身上设有指示灯,转灯电流:小于400mA 红灯转绿灯。指示灯亮绿光表示待机模式,亮红光表示充电模式, 红灯转绿灯表示充满电 。
 
 
输入端采用8字插口,插口母座独立模块设计。
 
 
测得充电器机身长度为139.75mm。
 
 
宽度为61.88mm。
 
 
厚度为35.04mm。
 
 
输出DC线缆长度约1.2米。
 
 
拿在手上的大小直观感受。
 
 
另外测得充电器净重约为437g。
 

 

富源电168W氮化镓锂电池充电器解析
 
 
拆开充电器外壳,内部PCBA模块包裹麦拉片以及散热片帮助散热,此外有导热垫帮助核心器件散热。
 
 
测得模块长度为131.77mm。
 
 
宽度为51.96mm。
 
 
厚度为23.83mm。
 
 
输入端整流桥固定弯折散热片上进行散热。
 
富源电这款氮化镓充电器采用PFC+LLC+SR架构,使用高效架构搭配同步整流,大幅提高转换效率,并使用氮化镓器件,降低开关损耗,进一步提升开关频率,减小充电器体积。
 

 

 
PCBA模块正面一览,左侧为电源输入插座,焊接保险丝,EMI滤波电路和整流桥,向右依次焊接PFC升压电感,谐振电感和LLC变压器,在上方焊接高压滤波电容,变压器右侧焊接固态电容和输出线。
 
 
背面焊接PFC升压开关管,PFC整流管,电源主控芯片,LLC开关管,右侧焊接反馈光耦,同步整流控制器,同步整流管和运放。PCBA模块背面白色框为导热垫粘贴位置,对应四颗泰高技术的GaN驱动+HEMTs 功率芯片。
 
这款电源采用PFC+LLC+SR开关电源架构设计,PFC电路进行功率因数校正,LLC电源采用同步整流输出,由运放根据输出电流进行恒流恒压控制。下面就对这款电源方案进行介绍,看看设计和用料。
 
 
电源适配器初级主控芯片来自恩智浦,型号为TEA2017AAT,是一款数字化可配置LLC和PFC组合控制器,用于高效谐振电源。芯片包括LLC和PFC控制器功能。PFC经配置可在DCM/QR、CCM固定频率或支持所有操作模式的多模式下运行,优化PFC效率。
 
芯片内部集成高压启动和X电容放电,内部集成驱动器,可直接驱动高压上管,无需外置驱动器。PFC可配置为DCM/QR,DCM/QR/CCM混合模式和CCM固定频率三种运行模式,满足不同功率应用需求。
 
 
PFC升压开关管使用两颗泰高技术第二代的 TP44100SG GaN驱动+HEMTs 功率芯片。泰高技术 TP44100SG 是一颗650V耐压,最高瞬态耐压900V,90mΩ导阻的GaN驱动+HEMTs 功率芯片,支持6V 与大于12V信号控制,支持氮化镓直驱控制器与传统控制器使用。
 
泰高技术 TP44100SG GaN驱动+HEMTs 功率芯片不需要VCC供电,应用在PFC+LLC 或 无桥PFC+ AHB 等大功率拓扑的设计提供更可靠与更简单的设计。针对 TP44100SG GaN驱动+HEMTs 功率芯片做并联去应用输出电流大于60A的设计,其外围器件简单并且可以实现最多6颗合封GaN驱动+HEMTs 功率芯片做并联。
 
泰高技术TP44100SG支持单管,半桥应用,适用于AC-DC,DC-DC,DC-AC应用,支持标准PFC和图腾柱PFC应用,支持高频LLC应用,支持快充、笔记本电源等充电应用。支持LED照明、电机驱动与服务器电源应用。
 
 
泰高技术 TP44100SG 采用QFN5*7mm²封装,具有加强的散热性能,其散热的性能足跟市面上QFN6x8mm² 与 QFN8x8mm² 芯片封装相竞争,封装具有低电感,适合高频高功率密度电源使用。
 
 
PFC整流管来自美浦森,型号为MSM06065G1,采用两颗并联。是一颗650V耐压,150℃连续正向电流6A的碳化硅二极管,采用DFN5*6封装,超薄封装节省体积,适用于高功率密度的大功率氮化镓快充应用。
 
 
LLC半桥开关管采用两颗泰高技术 TP44200SG GaN驱动+HEMTs 功率芯片,泰高技术的氮化镓电源芯片TP44200SG,是一款额定电压650V的GaN驱动+HEMTs 功率芯片,导阻180mΩ,能满足中功率移动设备和消费类电力电子市场的需求,加速淘汰低速开关频率的传统硅芯片,抢占中功率充电市场。
 
 
这款180mΩ TP44200SG采用5*7mm小型PQFN封装,拥有专利的集成散热技术,适用于高效率,高功率密度的电源系统,其产品的电流承载能力提高了50%。
 
 
初次级之间两颗光耦分别用于PFC控制和输出电压反馈调节。
 
 
同步整流控制器来自MPS,型号MP6924A,是一颗LLC同步整流控制器,具有更强的抗干扰度和快速关断功能,可兼容CCM/DCM模式。MP6924A内部集成了两个同步整流控制器,分别用于LLC两个次级线圈输出的整流应用,适用于LLC转换器同步整流应用。
 
 
LM358双运放用于恒压恒流及转灯控制。
 
 
3296多圈电位器用于输出电压微调。
 

 

关于泰高技术
 
深圳市泰高技术有限公司成立于中国深圳, 主要从事为第三代半导体硅基氮化镓材料技术的集成电路的研发和销售, 其芯片设计中心位于美国芝加哥,其产品应用中心位于中国深圳与厦门。
 
泰高技术的研发团队早在2010年IR公司就研制先进的氮化镓芯片并掌握其重要氮化镓发明专利,现有研发团队在射频和功率半导体领域深耕超过20年。 我们具有卓越的芯片设计能力,现有产品包括 RF 射频开关(GaN-On-Si 宽带技术) 、 RF高功率放大器(GaN-On-SiC DHEMT 技术)、电源功率芯片(GaN-On-Si EHEMT 技术),全部具有国际领先水平。
 
泰高技术正由一支在半导体行业管理经验超过15年的团队运营着,我们将持续投入资源在射频和功率芯片相关的工艺技术提升上,朝着降低能耗,降低成本,提供高可靠性的目标前进
 
“泰高, 让设计变简单”是我们理想,实现这个理想得益于我们通过精巧的布局,使得工程师更加便捷设计,为产品更高效、更小、更可靠的全新解决方案带来更多可能。
 
泰高技术已完成 150W 至 600W 的符合新国标的氮化镓锂电池充电器方案,持续推出中。
 

 

充电头网拆解总结
 
富源电推出的这款锂电池充电器一改传统充电器体积较大,重量重,不好收纳,产品可靠性差等缺点。富源电使用泰高技术GaN驱动+HEMTs 功率芯片和高效LLC同步整流电源架构,大幅提升了电源转换效率,并且显著缩小体积。使得电动车充电器与常见的氮化镓适配器体积相仿,便于携带的同时大大提升了用户使用体验。
这款充电器采用PFC+LLC+SR高效架构,采用恩智浦TEA2017二合一主控芯片,PFC升压使用两颗TP44100SG 650V 90mΩ GaN驱动+HEMTs 功率芯片并联,LLC半桥使用两颗TP44200SG 650V 180mΩ GaN驱动+HEMTs 功率芯片组成半桥,并使用MP6924A搭配MOS管组成同步整流。泰高技术GaN驱动+HEMTs 功率芯片支持6V或大于12V驱动电压,支持氮化镓直驱控制器和传统控制器使用。
 
PCBA模块对应GaN驱动+HEMTs 功率芯片的位置粘贴导热垫,利用散热片为功率芯片散热,散热要求大大降低,不再需要内置风扇,避免积灰和风扇噪声影响使用。内部电容采用永铭长寿命电解电容,输出滤波采用固态电容,内部设计紧凑,整体做工扎实,用料可靠。
责编:Ricardo
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