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維安電源方案小課堂:維安240W無橋方案,兼顧大功率和高能效
USB PD3.1規(guī)范將原來的USB PD3.0內(nèi)容歸到標(biāo)準(zhǔn)功率范圍(Standard Power Range,簡稱SPR)里面,最大功率保持100W不變,同時增加了擴展功率范圍(Extended Power Range,簡稱EPR),最大功率由100W擴展到240W。
為幫忙客戶縮短研發(fā)周期,維安(WAYON)推出一款240W電源參考設(shè)計,此設(shè)計支持100-240Vac~50/60Hz寬范圍電壓輸入,20V輸出,最大電流12A,滿載效率≥96.5%,輸出電壓紋波<300mV,外形尺寸僅105mm*58mm*22mm。適用于適配器、POE供電、高功率密度工業(yè)電源、電動工具充電器和服務(wù)器電源模塊等應(yīng)用。
圖1 維安240W無橋方案PCB 正面
圖2 維安240W無橋方案PCB 背面
圖3 維安240W無橋方案拓撲框架
維安240W 電源方案關(guān)鍵參數(shù)
該方案相比圖4標(biāo)準(zhǔn)的無橋FPC結(jié)構(gòu),具有如下特點:
1、D1 D2 作為旁路橋臂,在正常工況同樣需要整流橋,將D1 D2 D3 D4使用LOW VF整流橋,省去低頻橋臂的MOSFET。
2、高頻橋臂開關(guān)過程中,同步側(cè)GaN在正弦交流電壓低時,驅(qū)動并非全周期工作,這會導(dǎo)致GaN多余發(fā)熱外并SiC SBD后,正溫度SiC SBD對GaN做主動熱均衡,并充當(dāng)GaN的全旁路器件。
3、可省去兩顆低阻值的SJ MOSFET和一路驅(qū)動,同時將GaN器件使用性價比更高的100mΩ,650V ,并外并兩顆3A SiC,等效常規(guī)PFC。相比傳統(tǒng)無橋PFC結(jié)構(gòu),成本整體降低明顯(約10-15RMB)。
圖4 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的無橋PFC 拓撲
圖5 維安無橋省去低頻橋臂的MOS
能效測試
維安240W電源方案整機能效對比市面上普通硅 MOS產(chǎn)品,半載效率下提高明顯,在滿載條件下達到超過96.5%效率,和使用SJ MOSFET傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的無橋PFC效率相當(dāng)。但相比SJ MOSFET +70mΩ GaN器件無橋拓撲,維安優(yōu)化的無橋PFC成本優(yōu)勢突出。
溫升測試
上圖為維安240W電源方案在無散熱片情況下,25℃環(huán)境溫度下 115V/60Hz裸機連續(xù)運行2小時的熱成像圖。可以看出,由于高效率拓撲設(shè)計和搭配維安優(yōu)異性能器件,240W電源方案背面的實測最大溫度僅為77.4℃。
維安在豐富的功率器件產(chǎn)品線基礎(chǔ)上,深度結(jié)合專業(yè)的功率半導(dǎo)體方案研發(fā)團隊,可以快速推出自主設(shè)計、性價比優(yōu)異的整機方案。
維安在240W電源方案上MOS的選型:
Wayon Super Junction MOSFET 650V
1.Part No.:WMZ26N65C4
2.Description:N-Channel SJ-MOS C4
3.Package:DFN8*8
4.VDS (V):650
5.RDS(on) (Ω) @VGS=10V(max.):0.2
6.ID (A) @TA=25℃:18
7.PD (W) @TA=25℃:135
8.VGS (V):30
9.VGS(th) (V) (Typ.):3