高能效、小尺寸PD快充稳压器应用

当今开关电源设计中的五大问题：
（1）高效率，（2）高功率密度，（3）低待机功耗，（4）高可靠性，（5）低成本。随着PD和适配器行业的发展，需要相同或更快的充电时间、更大的功率和更高的输出电压的大容量电池的趋势正在加快。USB PD组织发布了最新的USB PD3.1规范，该规范使最大输出达到48V 5A,240W功率。单管反激作为交直流中小功率范围内的主流应用拓扑，以其线性可控的工作方式和易于理解的控制逻辑而为人们所熟知和使用。

随着反激式应用的功率范围增大，单管在漏感能量处理方面的缺陷越来越明显，导致在150W以上的应用中效率低、漏感电压尖峰大等问题无法解决。LLC拓扑可以满足高效率的要求，因此越来越受到人们的青睐。然而，在这种拓扑结构中，前PFC级必须在轻负载期间保持工作，导致谐振电路中的内部循环损耗。待机功耗成为一个令人头疼的问题，而且不可能在很大范围内进行电压调节，因此需要一级协议电路。电压降低，效率降低。

双管反激拓扑可以轻松应对约240W的功率范围，具有很高的效率，还可以解决宽范围稳压和低待机功耗的重大挑战。它非常适合PD和适配器行业，满足USB PD 3.1 EPR规格的要求。

双管反激式的主要特点：

双管QR反激变换器的主要特点分为四个方面。在待机功耗低、效率高、易于设计、电磁干扰小等方面具有显著的优势。在低待机功耗方面，双管QR反激变换器可以轻松满足要求。在高效率方面，双管QR反激变换器的特点是漏感能量可以回收到输入端，而不需要有损耗的缓冲器。可在初级侧使用500V MOSFET。一次侧采用谷值切换，以减少开关损耗。减少次级整流器上的电压应力。双管QR反激变换器易于设计。与著名的传统反激变换器相同的设计，变压器可以很容易地批量生产。它使大匝率变压器不需要特别考虑漏感。EMI方面，双管QR反激变换器EMI低，漏极过冲电压被箝位到输入电压。谷开关等功能。

氮化镓芯片

采用KeepTops氮化镓的240W/15~48V输出范围可调、桥式PFC+双管反激式全GaN解决方案所示。此解决方案设计简单，控制器选择范围广泛。这个解决方案是24毫米高，74毫米长，74毫米宽。就能在这样轻薄的设计中达到更好的效率。在230Vac和48V输出条件下，四个点的平均能量效率达到95%，在230Vac和48V5A时，效率高达95.7%。
该方案采用KT65C1R070D和KT65C1R0200D自主开发的，这种管结构的主要优点是完整的级联D-GaN开关具有低压硅MOSFET的栅特性。因此，现有的商业MOSFET栅极驱动器可以很容易地驱动共源共栅D-GaN开关。此外，硅MOSFET的栅特性是众所周知的，因此没有未知的特性需要解决。同时，Geneng工艺GaN管具有良好的动态电阻特性和良好的温度特性。器件的栅电荷比普通硅MOS低8倍。低栅电荷保证了器件的快速开关，从而减少了驱动损耗和开关损耗。虽然D-GaN器件不具有反向体二极管，但由于它是双向器件，所以它也能够反向传导。只要它们的反向电压超过栅极阈值电压，它们就可以开始导通，并且导通压降小于e-GaN，与硅MOS相当。
该方案的功率因数校正采用L4985 CCM峰值电流模式控制器和由KeepTops自主研发的KT65C1R070D GaN功率管组成的功率因数校正电路。在230 VAC和满负荷下，PFC效率为97.8%。该控制器具有高压自启动能力，可以保证pfc电路首先输出400 V的母线电压，从而为后续级提供稳定的高压输入电压，并为后续级变压器的大匝比提供工作条件。
双管反激作为单管反激的一种拓扑扩展，对于工程师来说有着良好的设计习惯。同时，该拓扑具有电压应力小、漏感能量回收、可靠性高等优点。输出电压在很宽的范围内可调。它使用我们的高性能GaN管来实现接近零电压开通特性。非常适合设计PD3.0/3.1大功率快速充电源、大功率充电器。

审核编辑 黄宇