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方案

方案

【四代網(wǎng)紅】QR-Lock控制技術(shù)的65W GaN高集成快充套片


導(dǎo)讀


本期,芯朋微技術(shù)團(tuán)隊(duì)為各位fans分享原副邊全集成的65W快充方案,該方案由PN8783、PN8307P套片組成,PN8783具有卓越的環(huán)路穩(wěn)定性、高功率密度、低待機(jī)功耗等明顯優(yōu)勢(shì)。PN8307P采用自適應(yīng)死區(qū)控制,支持反激變換器的DCM/QR工作模式,實(shí)現(xiàn)同步整流。

      下面將為大家揭曉方案規(guī)格、線路圖紙、變壓器設(shè)計(jì)、測(cè)試數(shù)據(jù)及應(yīng)用要點(diǎn)。



1?

芯片介

PN8783內(nèi)置高性能700V GaN FET,典型轉(zhuǎn)換效率大于93%;采用QR-Lock控制技術(shù),大幅提高環(huán)路穩(wěn)定性;最高支持500kHz工作頻率,可以有效減小變壓器及輸出電容體積,顯著提升充電器功率密度;內(nèi)置800V高壓?jiǎn)?dòng)管,待機(jī)功耗輕松滿足75mW;同時(shí)具有優(yōu)異全面豐富的保護(hù)功能。

初級(jí)芯片  QFN6×8封裝

PN8307P內(nèi)置100V/7mΩ智能MOSFET,快速關(guān)斷+自適應(yīng)死區(qū)控制提高M(jìn)OSFET Rdson利用率,顯著降低溫升,專利輕載模式可降低待機(jī)功耗,具有超高性價(jià)比。

次級(jí)芯片  PDFN5×6封裝

2?

DEMO實(shí)物圖

  • 小尺寸設(shè)計(jì):51mm(L)X29mm(W)X20mm(H)

  • 輸出規(guī)格:5V3A,9V3A,15V3A,20V3.25A

  • 高效率:滿載效率94.0%(230V),滿足CoC V5 Tier2能效規(guī)范 

  • 低待機(jī)功耗:小于75mW

  • 寬供電范圍:支持PD3.0協(xié)議


3?

原理圖(功率部分)


4?

變壓器

電氣規(guī)范:

初級(jí)繞組電感量 (Lp) =320±5%uH @10kHz

電氣絕緣= 3kV, 50/60Hz,1分鐘 (pins1~6 to pins A~B)



5?

為什么鎖谷底QR-LOCK技術(shù)的工作頻率更高?

PN8783采用的精準(zhǔn)鎖谷底QR-Lock技術(shù), 工作頻率可達(dá)到500kHz,顯著提高充電器的功率密度。相比傳統(tǒng)QR技術(shù),為什么鎖谷底QR-LOCK技術(shù)的工作頻率更高?其原理說明如下:

反激變換器工作在DCM/QR模式,輸出功率由下式?jīng)Q定:



 一個(gè)開關(guān)周期由導(dǎo)通時(shí)間Ton、消磁時(shí)間Tdmg和振蕩時(shí)間Tosc組成,其表達(dá)式如下:


其中N為谷底數(shù),大于等于1。

綜合①、②式,可得

對(duì)于市面上常見普通QR,因谷底不鎖定,開關(guān)頻率受Tosc影響顯著,上圖參數(shù)舉例如下:平均開關(guān)周期為7.95us(126kHz,第二谷底QR),振蕩周期為1.5us,增加一個(gè)谷底則開關(guān)頻率降低27.8kHz,減少一個(gè)谷底則開關(guān)頻率增加56.7kHz。因此,為滿足最高頻率限制,市面上常見普通QR的平均開關(guān)頻率相對(duì)不高。

對(duì)于PN8783所采用的精準(zhǔn)鎖谷底QR-Lock技術(shù),在一個(gè)負(fù)載點(diǎn)附近開關(guān)頻率僅受Ipmax影響,可近似等效為定頻控制。因此,精準(zhǔn)鎖谷底QR-Lock技術(shù)相比傳統(tǒng)QR,整體工作頻率更高、環(huán)路穩(wěn)定性更佳。


6?

測(cè)試數(shù)據(jù)

1

轉(zhuǎn)換效


2

空載待機(jī)功耗


3

功率管應(yīng)力測(cè)試

PN8783

測(cè)試條件:

VIN=264Vac,Vout=20V3.25A

測(cè)試結(jié)果:Vds_MAX = 589 V

判斷標(biāo)準(zhǔn):通過,小于700V限制

PN8307P

測(cè)試條件:

VIN=264Vac,,Vout=20V3.25A

測(cè)試結(jié)果:Vds_MAX = 83.5 V

判斷標(biāo)準(zhǔn):通過,小于100V限制


4

磁芯元件飽和測(cè)試

VIN=90Vac/60Hz,20V3.25A  


VIN=264Vac/60Hz,20V3.25A 


5

負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)

VIN=90Vac/60Hz, 5V

VIN=264Vac/50Hz, 5V

VIN=90Vac/60Hz, 20V

VIN=264Vac/50Hz, 20V

6

開機(jī)延遲時(shí)間

判斷標(biāo)準(zhǔn):通過,小于2s

VIN=90Vac/60Hz,5V0A

VIN=264Vac/50Hz,5V0A

7

溫度測(cè)試(常溫測(cè)試)

Vin=90Vac,Vout=20V,Iout=3.25A

Vin=264Vac,Vout=20V,Iout=3.25A

7?

EMC測(cè)試

● EMI傳導(dǎo)、輻射滿足EN55032 Class B標(biāo)準(zhǔn)要求,裕量均大于6dB

● ESD滿足IEC 61000-4-2,8kV/15kV等級(jí)要求

● EFT滿足IEC 61000-4-4: 2004,4kV等級(jí)要求

● Surge滿足IEC 61000-4-5:2005,2kV等級(jí)要求

● 交流絕緣滿足3.75kVac要求

8?

應(yīng)用要點(diǎn)


(1)為了提高系統(tǒng)ESD能力,PN8783供電二極管串聯(lián)電阻R,R推薦值3.3Ω;PN8307P VDD引腳放置RC濾波,R推薦值10-22Ω, C推薦值0.1μF;

(2)系統(tǒng)最大工作頻率通過PN8783 FSET引腳外接電阻RFSET設(shè)置;

(3)PN8783所有CS引腳外部用銅箔相連;

(4)PN8783 DMG引腳上的上偏電阻R1和下偏電阻R2可以實(shí)現(xiàn)線電壓OCP補(bǔ)償,輸出OVP以及QR檢測(cè)功能,設(shè)置依據(jù)如下:

(5)為了提高輸出電壓采樣穩(wěn)定性;PN8783 DMG引腳下偏電阻R2并聯(lián)電容C,C推薦值10pF;

(6) PN8783芯片散熱焊盤位置加導(dǎo)熱過孔通過雙面銅箔散熱,并建議連接到GND。




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