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芯朋微四代网红方案QRLock控制技术的65WGaN高集成快充套片

  前言
  近年来充电技术步入快速发展期,面对快充行业不断涌现的市场机遇,芯朋微顺势而为,先后推出了18W/20W PD快充方案PN8161+PN8307H和30W PD快充方案PN8165+PN8307H,因集成度高、性能卓越、方案成本优势明显,获得了众多品牌采用。
  近期,芯朋微推出了原副边全集成的65W快充方案,为客户提供了更具优势的解决方案。下面将为大家揭晓方案规格、线路图纸、变压器设计、测试数据及应用要点。 方案介绍
  该方案由初级芯片PN8783和次级芯片PN8307P套片组成,PN8783具有卓越的环路稳定性、高功率密度、低待机功耗等明显优势。PN8307P采用自适应死区控制,支持反激变换器的DCM/QR工作模式,实现同步整流。
  PN8783作为QR-Lock初级控制器,采用QFN6X8封装工艺,环路高度稳定,进口替换的适配度更高,内置高性能 700V GaN FET ,最高支持500kHz工作频率,可以有效减小变压器及输出电容体积;典型转换效率大于93%,显著提升充电器功率密度;内置800V高压启动管,待机功耗小于75mW。
  同时PN8783具有输出过压保护、原副边防直通保护、过载保护、过温保护等优异全面丰富的保护功能
  PN8783 搭配的是 PN8307P,PN8307P采用PDFN5x6封装是一颗高度集成的同步整流器,内置100V/7mΩ智能MOSFET,支持自适应死区控制,更低温升,超高性价比。
  芯朋微推出的65W快充 Demo 实物如上图所示,其尺寸为51mm(L)X29mm(W)X20mm(H),长约51mm,宽约29mm,高约20mm,定位小尺寸设计。输出支持PD3.0协议规格有5V3A、9V3A、15V3A、20V3.25A共4种宽供电范围,满载效率可达94.0%(230V),待机功耗低至75mW,轻松满足CoC V5 Tier2能效规范。
  上图为 PN8783 为初级主控芯片与 PN8307P 组成的同步整流反激电源原理图,其中 PN8783 具备精准的谷底锁定,工作频率可达500kHz,显著提高充电器的功率密度。
  对于市面上常见普通QR,因谷底不锁定,开关频率受Tosc影响显著,以上图参数举例:平均开关周期为7.95us(126kHz,第2谷底QR),振荡周期为1.5us,增加一个谷底则开关频率降低27.8kHz,减少一个谷底则开关频率增加56.7kHz。因此,为满足最高频率限制,市面上常见普通QR的平均开关频率相对不高。
  对于PN8783所采用的的精准锁谷底QR-Lock技术,在一个负载点附近开关频率仅受Ipmax影响,可近似等效为定频控制。因此,精准锁谷底QR-Lock技术相比普通QR整体工作频率更高、环路稳定性更佳。
  变压器采用ATQ25磁芯,绕线结构如上图所示,初级绕组电感量 (Lp) 为320±5%uH @10kHz。
  转换效率测试方面,测试输出的效率表现,可以看到芯朋微65W方案在90V和264V输入电压时,负载3.25A的输出效率均达到92%左右,最高可达94%,相较于88%能效标准有4%到8%的裕量。
  上图为芯朋微65W方案的空载待机功耗测试,从图中可以看到,芯朋微65W方案在115V输入下待机功耗约为41mW,230V输入下约为48mW,均低于75mW限制。
  上图为U2 VDS的应力测试,测试条件为264Vac输入,20V3.25A输出。从应力测试结果可以看到,U2最高电压为589V,裕量充足。
  上图为 U3 VDS 的应力测试,测试条件为264Vac输入,20V3.25A输出。从应力测试结果可以看到,U3的最高电压为83.5V,裕量充足。
  磁芯元件饱和测试
  VIN=90Vac/60Hz,20V3.25A ,
  VIN=90Vac/60Hz,20V3.25A
  负载动态响应
  负载动态响应测试条件为VIN=90Vac/60Hz,输出为5V,电流为0.3A-3A。测得输出电压最大值为5.52V,最小值为5.08V。
  负载动态响应测试条件为VIN=264Vac/50Hz,输出为20V,电流为0.325A-3.25A。测得输出电压最大值为20.7V,最小值为19.5V。
  负载动态响应测试条件为VIN=90Vac/60Hz,,输出电压20V,电流为0.325A-3.25A。测得输出电压最大值为20.7V,最小值为19.5V。
  开机延迟时间判断(标准:小于2s)
  测试条件为 VIN=90Vac/60Hz,5V0A 时,开机时间为149ms,小于2S开机延迟时间。
  测试条件为 VIN=264Vac/50Hz,5V0A 时,开机时间为148ms,小于2S开机延迟时间。
  温升测试方面,对芯朋微65W PD套片方案在不同电压下满载输出功率的温度表现进行测试,其中CH1:环温;CH3:PN8783;CH4:T1 Core;CH8:PN8307P;CH9:T1 Wire;
  在90Vac输入,20V 3.25A输出时,经过1小时25分钟的测试,环境温度稳定在26.2℃,PN8783温度稳定在105.5℃;PN8307P温度稳定在80.8℃。
  在264Vac输入,20V 3.25A输出时,经过45分钟的测试,环境温度稳定在26.1℃,PN8783温度稳定在95.2℃;PN8307P温度稳定在100.1℃。
  EMC测试方面,芯朋微65W方案的EMI传导、辐射满足EN55032 Class B标准要求,裕量均大于6dB;ESD满足IEC61000-4-2,8kV/15kV等级要求;EFT满足IEC 61000-4-4: 2004,4kV等级要求;Surge满足IEC 61000-4-5:2005,2kV等级要求;交流绝缘满足3.75kVac要求。 充电头网总结
  芯朋微PN8783+PN8307P组成的65W快充方案,不仅具备高环路稳定度、高功率密度、低待机功耗、100V全集成同步整流等多重亮点,而且在效率、功耗、应力、温升、EMC等方面的测试中,芯朋微65W快充方案均展现出不俗的实力。
  芯朋微主要产品包括AC-DC、DC-DC、Motor Driver等,广泛应用于家用电器、手机及平板、充电&适配器、智能电网、5G通信、工控设备等领域。目前,芯朋微已发展成为国内高压电源和驱动类芯片的领先供应商,为众多电子行业知名企业提供功率集成电路产品和解决方案,年出货超过14亿颗芯片,建立了良好的品牌优势。

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