前言

當前，高功率電源在效率、散熱與體積方面正面臨重重考驗。盡管升壓 PFC+LLC 拓撲已被廣泛應用，其成熟度無可置疑，但在能效和功率密度上已幾近天花板。同時，傳統(tǒng)硅基器件在高頻開關時產生的大量熱量，不僅限制了頻率提升，也迫使系統(tǒng)體積不斷增大，難以跨越鈦金牌能效等級。市場對于具備更高轉換效率與更小封裝尺寸的高功率方案的需求也在不斷提高而氮化鎵（GaN）器件結合優(yōu)化后的拓撲架構，正成為突破瓶頸的核心路徑。

港晟此前已推出過1kW圖騰柱無橋PFC+LLC氮化鎵電源方案，相比傳統(tǒng)PFC方案，圖騰柱PFC無橋PFC損耗更低，充電頭網(wǎng)也已在這款電源方案作了專業(yè)的拆解解析。這次帶來的是更高功率的版本，也就是港晟2kW圖騰柱氮化鎵電源方案，這款方案輸出48V、40A滿載工況下，其功率轉換效率可高達97.0%，且PCBA工藝簡潔，加工成本低廉，生產流程簡易，BOM 成本可控，并支持靈活程序配置，可以用于充電，照明，工業(yè)，儀器設備等領域。

下面我們來對港晟電子這套方案進行詳細了解。

港晟2kW圖騰柱氮化鎵電源DEMO外觀

港晟這款DEMO為規(guī)整長方體造型設計，外部使用一體外殼輔助散熱，內側設有麥拉片進行隔離絕緣，并通過螺絲固定。

在這款DEMO的后側設有兩個小風扇，用于為模塊散熱。

交流輸入接線柱和直流輸出接線柱一覽。

實測DEMO長度為215.00mm。

寬度為127.44mm。

寬度為41.97mm。

另外測得其總重量約為1458.4g。

港晟2kW圖騰柱氮化鎵電源方案解析

將上部外殼拆下，可以看到上部外殼內部粘貼高溫膠帶絕緣，兩邊用膠水牢固固定。

再將底部外殼去掉，可以看到內置麥拉片實現(xiàn)絕緣，麥拉片開口方便PCB底部的銅質散熱焊柱接觸里面的導熱墊幫助傳遞熱量。

DEMO正面設有保險絲、安規(guī)X2電容、PFC電感、變壓器，圖騰柱慢管，氮化鎵半橋，開關管，同步整流控制器等器件，濾波電容采用小板焊接。

主板背面設有氣體放電管、圖騰柱PFC控制器以及PFC快、慢管以及LLC拓撲的初次級功率開關管等器件，還設有銅質散熱焊柱幫助散熱。

輸入端管狀保險絲特寫。

NTC熱敏電阻特寫。

氣體放電管配合特銳祥貼片Y電容進行過電壓防護。

藍色Y電容同樣來自KNSCHA科尼盛。

安規(guī)X2電容來自科尼盛，容量為3μF。

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自適應谷底切換工作，可配置工頻周期內單模式工作或多模式工作，實現(xiàn)最高效率。

FAN6618內部集成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、開關頻率、工作模式和啟機時間等。芯片內部集成輸入過壓/欠壓保護、輸出過壓欠壓保護、CS短路保護、過溫保護等，提供SOIC-16和QFN4*4兩種封裝。

FAN6618詳細資料。

氮化鎵快速半橋使用的隔離驅動器來自納芯微，型號NSD2621。這是一款專為GaN設計的高壓半橋驅動芯片，采用了納芯微的成熟電容隔離技術，高邊驅動可以支持-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的驅動能力。

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

氮化鎵快速半橋采用港晟委托英諾賽科定制的INN650TA080GS（實為INN650TA080BS，二者僅尾綴不同），這是一款耐壓650V的增強型氮化鎵開關管，瞬態(tài)耐壓800V，導阻80mΩ，具備開爾文源極，符合AEC-Q101認證，采用TOLL封裝。

英諾賽科氮化鎵開關管為增強型常關器件，具有極低的柵極電荷和輸出電荷，內置ESD保護，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電源應用。

英諾賽科 INN650TA080GS 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，應用于儲能系統(tǒng)，家電，激光雷達，手機及筆記本電腦，快充和適配器等產品中，截至2024年12月，出貨量已突破12億顆。

圖騰柱慢管的驅動器來自梵塔，型號FAN3771，這是一款高壓、高邊-低邊柵極驅動器，能夠提供4A/-6A的拉灌電流能力以驅動功率MOSFET或IGBT。 其高邊部分采用先進的隔離技術設計，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引腳上的高負壓及dv/dt抗擾能力。它的高邊和低邊驅動部分均能在10-20V的電源電壓下工作，并各自具有獨立的欠壓鎖定（UVLO）保護功能。

FAN3771擁有兩個獨立輸入引腳（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℃。

在PFC升壓電感下焊接兩顆圖騰柱慢管，來自華潤微，型號CRJZ35N60G4FZ，采用TOLL封裝。

PFC升壓電感特寫。

小板上設有三顆高壓濾波電容。

高壓濾波電容來自科尼盛，容量450V270μF。

LLC控制器同樣來自梵塔，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。芯片具有自適應死區(qū)調節(jié)功能，減小死區(qū)期間的損耗，提高系統(tǒng)效率。

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

LLC半橋開關管也是采用英諾賽科INN650TA080GS。

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，非常適合應用于氮化鎵快充這類高密度電源產品中。料號為TMY1222M。

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可。

LLC諧振電感特寫。

LLC諧振電容特寫。

變壓器特寫。

次級同步整流控制器來自恩智浦，型號TEA2096，支持4.5-38V供電電壓，具備自適應柵極驅動，支持LLC諧振同步整流，并具備欠壓鎖定，支持1MHz開關頻率。

次級同步整流管來自華潤微，型號CRSZ043N15N3Z，耐壓150V，導通電阻為3.8mΩ。

另外兩顆CRSZ043N15N3Z特寫。

另一顆TEA2096特寫。

第四顆CRSZ043N15N3Z特寫。

高壓濾波電解電容來自AiSHi艾華。

電解電容來自永銘，規(guī)格為1500μF63V。

繼電器來自愛福，型號GRF-S-112DMP，內置一組常開觸點，觸點容量80A，線圈電壓12V，用于電源輸出控制。

控制板焊接MCU、開關電源芯片、同步降壓芯片、三極管、降壓電感、低壓差線性穩(wěn)壓器、運算放大器、光耦、貼片Y電容等元器件。

開關電源芯片，絲印G1135F。

變壓器特寫。

兩顆BCX56 三極管特寫。

同步降壓轉換器來自TI德州儀器，型號TPS54302，支持4.5V至28V輸入，3A輸出，采用SOT-583封裝。

降壓電感特寫。

低壓差線性穩(wěn)壓器來自合科泰，采用SOT89封裝。

單片機來自宏晶科技，型號STC32G12K128，該芯片內置超高速32 位8051 內核（1T），128k內存，具備49個中斷源，4 級中斷優(yōu)先級，支持在線仿真，工作電壓為1.9V～5.5V，內建LDO，可以實現(xiàn)很多智能控制和通信，支持LQFP64/LQFP48/LQFP32/PDIP40 等多種封裝。

無源晶振來自楊興。

運算放大器來自COSINE(科山芯創(chuàng))，型號COS1333，采用SOT-23-5封裝。

兩顆CT 1019光耦特寫。

位于兩顆CT 1019光耦旁邊的芯片為隔離式半雙工收發(fā)器，來自川土微，型號CA-IS3082WX，該芯片能夠承受高達 5000VRMS（60s）的電氣隔離以及具有±150kV/μs的典型CMTI性能，支持多節(jié)點數(shù)據(jù)通信總線，最高通信速率為20Mbps，最多允許同一總線上掛接 256 個收發(fā)器，支持–40°C 到 125°C 的工作溫度范圍，采用SOIC-16封裝。

另外兩顆CT 1019光耦特寫。

高性能霍爾效應電流傳感器采用芯進CC6939，該芯片由高精度、低噪聲的線性霍爾集成電路和一根低阻抗的主電流導線組成。0.14mΩ的超低阻抗的導線可最大限度減少功率損耗和熱散耗，內部固有絕緣在輸入電流路徑與副邊電路之間提供了5000VRMS絕緣耐壓。傳感器采用線性霍爾傳感器溫度補償技術，具有較高的溫度穩(wěn)定特性。該芯片采用SOW10封裝。

另一顆CT 1019光耦特寫。

另一顆特銳祥TMY1222M貼片Y電容特寫。

運算放大器來自安森美，型號LM2904。

兩顆貼片式壓敏電阻來自鉅興，型號4232-252 V561。

充電頭網(wǎng)總結

港晟電子這款電源DEMO支持全電壓輸入，在230V輸入工況下的轉換效率高達97%，可以滿足80+鈦金標準對高效率的要求，產品定位為標準化平臺，配備有通信接口、輔助供電接口、NTC接口等接口，生命周期在10年以上，可根據(jù)需求靈活擴展至充電、照明、工業(yè)控制與儀器設備等多種應用場景。

方案內置一顆STC 32 位、128 KB 閃存的高性價比單片機，可實現(xiàn)豐富的智能控制和通信功能，與 1 kW 版本相比，本方案在機殼后側新增兩只小風扇，并于 PCB 背面設有銅質散熱焊柱，貼附導熱膠，以提升散熱能力；外殼采用灌膠工藝，實現(xiàn)出色的防塵防水保護。整機 PCBA 工藝簡潔、BOM 成本低廉、程序配置靈活又便于保密，是真正的一款高效、可靠、易量產的多場景電源解決方案。

充電頭網(wǎng)拆解發(fā)現(xiàn)，該方案核心控制器件采用了梵塔圖騰柱 PFC 控制器 FAN6618、LLC 控制器 FAN6887 及恩智浦次級同步整流控制器 TEA2096；電流檢測則選用了芯進霍爾元件 CC6922SG-3FB050。相較于市面上其他圖騰柱拓撲方案，本設計線路結構更為簡潔，BOM 成本更低。

方案內部的圖騰柱快速半橋以及LLC半橋的共八顆氮化鎵器件均采用英諾賽科INN650TA080GS，兩顆圖騰柱慢管來自華潤微CRJZ35N60G4FZ，四顆次級同步整流管同樣來自華潤微CRSZ043N15N3Z，并且全部采用優(yōu)化的TOLL貼片封裝，更低的導通和開關損耗。相比傳統(tǒng)方案，這種設計在不增加成本的基礎上讓工藝更加簡單，也帶來了更高功率密度以及可靠性。