矽力杰新一代超高功率密度GaN解决方案
Silergy     10.09.2022

氮化镓技术的出现,通过降低开关损耗和导通阻抗,提高效率,降低发热,减小了快充充电器的体积。为了实现更高的功率密度并降低外围器件数量,矽力杰自主研发集成度更高的合封氮化镓芯片,将控制器与氮化镓器件集成,包含驱动、保护等功能,支持QR/DCM模式。在传统初级电路中两三颗芯片才能实现的功能,现如今通过采用矽力杰合封方案,仅由一颗芯片就能完成,大大简化设计,既能够提升整体方案的性能,也能减少PCB板的占用,缩小尺寸并减少物料成本。

01 原边合封GaN芯片 SY50296

SY50296  内置GaN FET高频QR反激式开关

高效率、高集成:

◆ QR+DCM 组合操作模式

◆ 自适应 OCP(LPS,有限电源)

◆ 集成 650V/165mΩ GaN FET

◆ 可编程栅极驱动器电流

◆ VCCH引脚包含 140V LDO

◆ 开关频率范围:25kHz~500kHz

◆ 谷底锁定和 1kHz Burst模式以降低音频噪声

◆ 频率调制以降低EMI噪声

◆ 内部软启动

◆ 集成 700V 高压启动

◆ 紧凑型封装:QFN5×7-18

全面的保护特性:

◆ 掉电保护

◆ X-cap 放电功能

◆ 可编程输出 OVP 和 UVP

◆ 电流检测电阻短路保护

◆ 内部和外部 OTP

 

SY50296 是一款内置 GaN FET 的高频 QR 反激式开关,集成了 650V/165mΩ GaN FET,以实现高效率和高功率密度。SY50296 适用于宽输出电压范围,最大开关频率可达500kHz,可减小变压器和输出电容的尺寸。

SY50296 工作在峰值电流模式下,采用 QR 模式,GaN FET 可在谷底开启以降低开关损耗(尤其是在高输入电压下)。当负载持续降低时,SY50296 将进入 DCM 模式以降低开关频率,提高效率;在轻载状态下,SY50296 将进入Burst模式以减少功率损耗。

SY50296还提供了全面可靠的功能,包括HV启动、X-cap放电、掉电保护、输出OVP和UVP、OLP、VCC OVP、内外OTP等。

产品优势

1. SY50296采用专利锁Ring技术,重载工作时能够锁定Ring个数,不会出现跳谷底现象,工作稳定,减小输出纹波,降低变压器带来的杂音。

2. SY50296采用全新定制封装。如下图,在满足HV和VCCH爬电距离的同时,顶部整排引脚作为Drain,利于散热;同时将芯片底部大面积金属PAD作为Source,大大提高了散热性能,而且EMI性能良好。

3. DRVset外置电阻可设定驱动电流,便于EMI调试;CS串联电阻外置,灵活调整输出OCP精度;Fmax引脚通过外置电阻可灵活设定限频频率;Fault引脚可实现外置OVP和OTP,应用更方便。

注:推荐SY5238作为副边同步整流器控制器与SY50296配合使用,实现 ZVS 操作,以获得更高效率。

 

02 次级侧控制器 SY5238

SY5238  ZVS反激同步整流器

◆ 用于反激 ZVS 的 SR 负电流控制

◆ 高效率、高功率密度

◆ 自适应栅极电压控制

◆ 斜率检测以防止 SR 误触发

◆ 130V DSEN引脚直接检测SR MOS的漏极电压

◆ 省电模式提高轻载效率

◆ 双通道电源供电,适用于极低输出电压的应用

◆ 紧凑型封装:DFN 2×3-8

 

SY5238 是一款与 QR IC 兼容的反激同步整流控制器,用于实现原边的ZVS操作。初级侧 PWM IC 工作在准谐振模式。ZVS 控制逻辑帮助初级侧 MOSFET 在接近0V 时开启以减少开关损耗,从而最大限度地提高系统效率并实现高功率密度。SY5238 还采用自适应栅极电压控制以确保安全运行。

产品优势

1. SY5238采用高效率反激ZVS运行。ZVS可减小原边开关损耗,原边功率管温升减少,且对辐射有改善作用。

2  相比普通的反激,SY5238的集成度更高且BOM不变。

上图为采用了矽力杰 SY50296+SY5238 GaN解决方案的65W ZVS Type-C便携式电源适配器设计样品。(在前级有PFC电路时,SY50296可支持140W和更大功率的应用)。该样品长38mm、宽22mm、高21mm,裸板体积仅有17556mm3,功率密度高达3.7W/cm3,在保证高性能的同时,大大缩小了快速充电器的体积。

采用SY5238与SY50296搭配使用,在SY5238的ZVS功能开启条件下,效率有显著改善。此外,ZVS可以明显降低SY50296的温度,提高GaN的可靠性。如下图,在AC264V满载条件下增加ZVS后,SY50296温度可下降36℃。

矽力杰合封氮化镓方案SY50296+SY5238在集成度、效率等方面相较于市面同类型方案做出了较大改进,实现了化繁为简,并且提高了系统可靠性和稳定性,在小体积的前提下保持了高性能。矽力杰氮化镓方案已在多家厂商中实现规模化商用,广泛应用于AC-DC适配器、快速充电器等领域中。

 

阅读原文

相关新闻

便携医疗 | 随身健康芯守护

矽力杰制氧机解决方案

01.28.2023

新一代多通道高精度DAC方案

光电通信芯助力

12.28.2022

矽力杰集成功率级DrMOS方案

更高功率密度及效率,改善电源系统设计

12.21.2022

数据通信的“指挥官”!

矽力杰 | 高集成低抖动时钟发生器 

12.08.2022

新一代高频大电流降压芯片

极简BOM设计,超快动态响应,更高功率密度

12.02.2022