前言

目前高功率電源設(shè)計面臨效率、散熱與體積的多重挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)升壓PFC+LLC方案雖成熟，但在效率（尤其低負(fù)載時）和功率密度上已接近瓶頸，且復(fù)雜電路增加了成本和損耗。此外，硅基器件在高頻開關(guān)下的發(fā)熱問題限制了性能提升，導(dǎo)致大功率電源往往體積龐大、能效難以突破鈦金牌門檻。市場亟需更高效、緊湊的解決方案，而氮化鎵（GaN）與先進(jìn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的結(jié)合，正成為破局關(guān)鍵。

港晟電子這款1kW電源DEMO采用圖騰柱無橋PFC+LLC氮化鎵方案 ，以精簡電路實(shí)現(xiàn)超高效率（97.2%@230VAC），輕松滿足鈦金牌標(biāo)準(zhǔn)。圖騰柱無橋PFC省去了傳統(tǒng)整流橋，導(dǎo)通損耗更低；搭配GaN器件的高頻特性，進(jìn)一步減小磁性元件體積，達(dá)成高功率密度。此方案不僅解決了大功率電源的發(fā)熱與效率痛點(diǎn)，更為數(shù)據(jù)中心、高端PC及工業(yè)設(shè)備提供了輕量化、高可靠的供電選擇。下面我們來對港晟電子這套方案進(jìn)行詳細(xì)了解。

港晟1kW圖騰柱氮化鎵電源DEMO外觀

港晟這款DEMO為規(guī)整長方體造型設(shè)計，同時采用U型一體外殼輔助散熱，內(nèi)側(cè)設(shè)有麥拉片進(jìn)行隔離絕緣，并通過螺絲固定。

實(shí)測DEMO長度為180.81mm。

寬度為100.31mm。

厚度為49.33mm。

另外測得其總重量約為973g。

港晟1kW圖騰柱氮化鎵電源方案解析

拆掉固定螺絲將U型散熱板分離，可以看到，對應(yīng)區(qū)域設(shè)有導(dǎo)熱墊幫助傳遞熱量，更好散熱。

DEMO正面設(shè)有保險絲、安規(guī)X2電容、PFC電感、變壓器等器件，濾波電容采用小板焊接。

將電容以及變壓器拆掉，遮擋區(qū)域還設(shè)有圖騰柱慢管的驅(qū)動器、LLC控制器、同步整流控制器等器件。

主板背面圖騰柱PFC控制器以及多顆快管、慢管以及LLC拓?fù)涞某醮渭壒β书_關(guān)管等器件。

模塊輸入端設(shè)有保險絲，安規(guī)X2電容，共模電感，Y電容和壓敏電阻等器件。

管狀保險絲額定電流20A，后方一顆621KD20壓敏電阻來自君耀。

藍(lán)色Y電容來自KNSCHA科尼盛。

氣體放電管配合壓敏電阻進(jìn)行過電壓防護(hù)。

另外兩顆10D561K壓敏電阻特寫。

貼片Y電容來自四川特銳祥科技股份有限公司，具有體積小、重量輕等特色，非常適合應(yīng)用于氮化鎵快充這類高密度電源產(chǎn)品中。料號為TMY1102M。

充電頭網(wǎng)了解到，特銳祥貼片Y電容除了被倍思高通QC5認(rèn)證100Ｗ氮化鎵快充、麥多多100W氮化鎵、OPPO 65W超級閃充氮化鎵充電器、聯(lián)想90W氮化鎵快充、努比亞65W氮化鎵充電器、倍思120W氮化鎵+碳化硅PD快充充電器等數(shù)十款大功率充電器使用外，也可應(yīng)用于海陸通、第一衛(wèi)、貝爾金等品牌20W迷你快充上，性能獲得客戶一致認(rèn)可。

安規(guī)X2電容也是來自科尼盛，容量1μF。

另外兩顆安規(guī)X2電容也是來自科尼盛，料號相同，容量為3μF。

拆下的另一顆君耀621KD20壓敏電阻特寫。

兩顆共模電感特寫，底部設(shè)有電木板絕緣。

板子一側(cè)設(shè)有Y電容、濾波電感、NTC熱敏電阻、繼電器、輔助電源變壓器、諧振電容等器件。

另一側(cè)設(shè)有PFC電感、變壓器等，濾波電解電容均采用小板焊接。

另外兩顆藍(lán)色Y電容特寫。

濾波電感采用磁環(huán)繞制。

圖騰柱PFC控制器來自梵塔，型號FAN6618，是一顆高性能多模式的圖騰柱PFC控制器，支持基于峰值電流控制的CCM/CRM/DCM多模式工作，DCM自適應(yīng)谷底切換工作，可配置工頻周期內(nèi)單模式工作或多模式工作，實(shí)現(xiàn)最高效率。

FAN6618內(nèi)部集成MTP存儲器，具有豐富的配置選項，用戶可通過圖形界面配置環(huán)路、開關(guān)頻率、工作模式和啟機(jī)時間等。芯片內(nèi)部集成輸入過壓/欠壓保護(hù)、輸出過壓欠壓保護(hù)、CS短路保護(hù)、過溫保護(hù)等，提供SOIC-16和QFN4*4兩種封裝。

氮化鎵快速半橋使用的隔離驅(qū)動器來自納芯微，型號NSD2621。這是一款專為GaN設(shè)計的高壓半橋驅(qū)動芯片，采用了納芯微的成熟電容隔離技術(shù)，高邊驅(qū)動可以支持-700V到+700V的共模電壓，150V/ns的SW電壓變化斜率，同時具有低傳輸延時和低通道間延時的特性。兩通道均能提供2A/-4A的驅(qū)動能力。

高低邊的驅(qū)動級都采用了專門的電壓調(diào)節(jié)器，以確保驅(qū)動電壓在GaN柵極可接受的穩(wěn)定范圍內(nèi)，使得GaN不論在何種情況下，都能正常工作。同時具備了UVLO保護(hù)功能，保護(hù)電源系統(tǒng)工作安全。

氮化鎵快速半橋使用了四顆英諾賽科INN650TA080BS，兩兩并聯(lián)。這是一款耐壓650V的增強(qiáng)型氮化鎵開關(guān)管，瞬態(tài)耐壓800V，導(dǎo)阻80mΩ，具備開爾文源極，符合AEC-Q101認(rèn)證，采用TOLL封裝。

英諾賽科氮化鎵開關(guān)管為增強(qiáng)型常關(guān)器件，具有極低的柵極電荷和輸出電荷，內(nèi)置ESD保護(hù)，符合RoHS、無鉛、歐盟REACH法規(guī)。適用于圖騰柱PFC，快充電源，高功率密度以及高能效開關(guān)電源應(yīng)用。

英諾賽科 INN650TA080BS 資料信息。

充電頭網(wǎng)了解到，英諾賽科氮化鎵芯片目前已被寧德時代、美的、疆海、三星、OPPO、VIVO、聯(lián)想、雅迪、LG、華碩、安克、倍思、綠聯(lián)等多家知名品牌和廠商所采用，應(yīng)用于儲能系統(tǒng)，家電，激光雷達(dá)，手機(jī)及筆記本電腦，快充和適配器等產(chǎn)品中，截至2024年12月，出貨量已突破12億顆。

圖騰柱慢管的驅(qū)動器來自梵塔，型號FAN3771，這是一款高壓、高邊-低邊柵極驅(qū)動器，能夠提供4A/-6A的拉灌電流能力以驅(qū)動功率MOSFET或IGBT。 其高邊部分采用先進(jìn)的隔離技術(shù)設(shè)計，可承受超過700V的直流電壓。

FAN3771具備良好的傳播延遲性能、低靜態(tài)電流以及SW引腳上的高負(fù)壓及dv/dt抗擾能力。它的高邊和低邊驅(qū)動部分均能在10-20V的電源電壓下工作，并各自具有獨(dú)立的欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)功能。

FAN3771擁有兩個獨(dú)立輸入引腳（HI 和 LI），兼容TTL和CMOS邏輯電平。FAN3771提供SOP8封裝，其工作溫度范圍為-40℃至 125℃。

圖騰柱慢管來自華潤微，型號CRJZ35N60G4FZ，采用TOLL封裝。

高性能霍爾效應(yīng)電流傳感器采用芯進(jìn)CC6922，內(nèi)部集成了一顆高精度、低噪聲的線性霍爾電路和一根低阻抗的主電流導(dǎo)線，能夠更有效的測量直流或交流電流，并具有精度高、線性度和溫度穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、消費(fèi)類及通信類設(shè)備。

PFC電感特寫，采用利茲線繞制。

NTC熱敏電阻特寫。

繼電器型號為JY32FNH-SH-DC12V-A，額定電流18A，線圈電壓為12V，用于短路熱敏電阻，消除損耗。

小板上的高壓濾波電解電容來自AiSHi艾華。

規(guī)格均為450V220μF。

LLC控制器來自梵塔，型號FAN6887，這是一款高性能電流型半橋LLC控制器，系統(tǒng)穩(wěn)定性良好且動態(tài)特性優(yōu)化。其集成高壓啟動電流源、半橋驅(qū)動單元等電路模塊，IC外圍精簡，系統(tǒng)物料成本低。芯片具有自適應(yīng)死區(qū)調(diào)節(jié)功能，減小死區(qū)期間的損耗，提高系統(tǒng)效率。

FAN6887具有全面的保護(hù)功能，供電UVLO保護(hù)、母線電壓Brown-out保護(hù)、逐周期過流保護(hù)、輸出短路保護(hù)、過功率保護(hù)、輸出過壓保護(hù)、外部過溫保護(hù)、內(nèi)部過溫保護(hù)、以及LLC容性模式保護(hù)等。

LLC半橋開關(guān)管也是采用英諾賽科INN650TA080BS。

綠色諧振電容來自JURCC捷威，規(guī)格為0.047μF 1KV，兩顆并聯(lián)。

諧振電感特寫。

變壓器特寫。

輸出端一覽，濾波電容下方區(qū)域設(shè)有同步整流控制器、運(yùn)放芯片等器件。

同步整流控制器來自恩智浦，型號TEA2096，支持4.5-38V供電電壓，具備自適應(yīng)柵極驅(qū)動，支持LLC諧振同步整流，并具備欠壓鎖定，支持1MHz開關(guān)頻率。

LLC同步整流管來自華潤微電子，型號CRSZ043N15N3Z，NMOS管，耐壓150V，導(dǎo)阻3.8mΩ，采用TOLL封裝。

小板上三顆同步整流輸出濾波電容也是來自艾華。

三顆電容的規(guī)格均為63V820μF。

另一顆濾波電容采用三瑩NXA系列，規(guī)格為63V820μF。

一體化濾波電感特寫。

輔助電源高壓濾波電容來自JSH萬京源，規(guī)格為450V22μF。

輔助電源芯片來自昂寶，型號OB25133，芯片內(nèi)部集成開關(guān)管，具備高精度恒壓恒流控制，無需431基準(zhǔn)和光耦，芯片采用多模式PWM/PFM模式提升能效，支持5W輸出功率。

輔助電源變壓器特寫。

藍(lán)色Y電容特寫。

CT 1019光耦特寫。

另一顆CT 1019光耦特寫。

第三顆CT 1019光耦特寫。

特銳祥TMY1102M貼片Y電容特寫。

一顆來自意法半導(dǎo)體絲印358的運(yùn)放。

另一顆意法半導(dǎo)體的運(yùn)放芯片特寫。

另一顆特銳祥TMY1102M貼片Y電容特寫。

另一端角區(qū)域設(shè)有三顆藍(lán)色Y電容，其中兩顆來自科尼盛。

另一顆來自JK-ET健坤電子。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

港晟電子這款電源DEMO是目前少有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的1kW高功率密度圖騰柱無橋PFC+LLC氮化鎵電源方案，支持全電壓輸入，并且90V、230V下的效率分別高達(dá)95.2%和97.2%，相較傳統(tǒng)PFC方案，高、低電壓輸入條件下的效率都更高，并且解決了橋堆發(fā)熱問題，散熱更好做，有效簡化電源的整體結(jié)構(gòu)。

充電頭網(wǎng)通過解析發(fā)現(xiàn)，這套方案核心控制器件分別采用了梵塔圖騰柱PFC控制器FAN6618、LLC控制器FAN6887以及恩智浦同步整流控制器TEA2096，實(shí)現(xiàn)更靈活的程序配置以及保密性。

圖騰柱快速半橋以及LLC半橋的共六顆氮化鎵器件均采用英諾賽科INN650TA080BS，以及圖騰柱慢管和同步整流管來自華潤微，并且全部采用優(yōu)化的TOLL貼片封裝，更低的導(dǎo)通和開關(guān)損耗，帶來更高功率密度以及可靠性。此外還采用了艾華和三瑩等知名品牌的電容濾波，用料是相當(dāng)扎實(shí)的。

相比傳統(tǒng)設(shè)計，港晟電子這套方案還有著更低損耗和成本等優(yōu)勢，可滿足80+鈦金標(biāo)準(zhǔn)對高效率的要求，是2000W以內(nèi)高功率密度的適配器充電器、LED電源、服務(wù)器電源等產(chǎn)品設(shè)計的理想選擇。