Náš nový produkt – 300W napájací zdroj GaN

STARWELLje high-tech spoločnosť špecializujúca sa nanapájací zdrojvýroba, zaoberajúca sa výskumom a vývojom a výrobou rôznych pokročilých produktov napájacích zdrojov, vrátane napájacích zdrojov POE, komunikačných napájacích zdrojov, meničov na ukladanie energie, napájacích adaptérov, priemyselných riadiacich napájacích zdrojov atď., aby vyhovovali potrebám rôznych oblastí. Analýza riešenia tohto problému prináša napájací modul 300W 48V GaN.

Model tohto napájacieho modulu je R0168, podporuje vstupné napätie 100~264Vac, s výstupom 48V 6,25A a výstupným výkonom 300W. Môže pracovať v rozsahu okolitej teploty -10 ~ 55 ℃. Napájací zdroj má modulárny dizajn s konektormi na vstupných aj výstupných svorkách. Nasleduje analýza riešenia tohto 300W napájacieho modulu GaN s cieľom pozrieť sa na jeho vnútorný dizajn a materiály.

Vzhľad napájacieho zdroja STARWELL 300W GaN 

modul

Napájací modul STARWELL 300W GaN má puzdro z hliníkovej zliatiny. Predná strana modulu PCBA je vybavená chladičom z hliníkovej zliatiny s vyhĺbenými oblasťami zodpovedajúcimi vysokonapäťovým filtračným kondenzátorom a zosilňovacej tlmivke PFC na zníženie hrúbky.

Zadná strana napájacieho modulu je plášť z hliníkovej zliatiny.

Model: B0168

Vstup: 100-240V~ 50/60Hz 5,0A Max

Výstup: 48V 6,25A

Výstupné vodiče sú spojené spájkovaním so zmršťovacou hadičkou navlečenou na spájkovaných spojoch kvôli izolácii.

Detail výstupného konektora: červený vodič je kladný pól a objímka je označená pre výstup 48V.

Dĺžka napájacieho modulu meraná pomocou posuvného meradla je približne 127,1 mm.

Šírka napájacieho modulu je približne 76,4 mm.

Hrúbka napájacieho modulu je približne 40,4 mm.

Intuitívne vnímanie veľkosti napájacieho modulu držaného v ruke. Vďaka použitiu napájacích zariadení GaN sa výrazne zlepšuje hustota výkonu a výrazne sa znižuje objem výstupného výkonu 300 W, čím sa šetrí priestor.

Nameraná hmotnosť napájacieho modulu je približne 441g.

Analýza napájacieho zdroja STARWELL 300W GaN

modul

Modul PCBA je pripevnený k chladiču pomocou skrutiek.

Izolačné silikónové dosky sú prilepené na miestach zodpovedajúcich chladiču, keď je modul PCBA vybratý.

Na boku modulu PCBA sa nachádza izolačná doska z mylaru.

Izolačná mylarová fólia je odstránená, s vyrezanými otvormi na miestach zodpovedajúcich napájacím zariadeniam a sú poskytnuté tepelné podložky na vedenie tepla.

Tri tepelné podložky zodpovedajú spínaču PFC, spínaču LLC a synchrónnemu usmerňovaču.

Na module PCBA je tiež pokrytý chladič z hliníkovej zliatiny a napájacie zariadenia sú upevnené skrutkami.

Chladič zakrytý na module PCBA sa odstráni odspájkovaním.

Usmerňovací mostík, usmerňovacia dióda PFC a tepelný spínač sú upevnené na chladiči.

Prehľad prednej strany modulu PCBA: ľavá strana je vybavená vstupnou zásuvkou, poistkou, Y kondenzátorom, varistorom, tlmivkou a bezpečnostným X2 kondenzátorom. Stredná pozícia je vybavená zosilňovacím induktorom PFC a vysokonapäťovým filtračným kondenzátorom. Pravá strana je vybavená LLC rezonančným kondenzátorom, rezonančnou tlmivkou, transformátorom, filtračným kondenzátorom a filtračnou tlmivkou.

Na zadnej strane modulu PCBA je ovládač 2 v 1 PFC+LLC. Prepínač PFC je umiestnený vľavo dole, prepínač LLC je nad hlavným riadiacim čipom, optočlen spätnej väzby je vpravo a ovládač synchrónneho usmerňovača a dva synchrónne usmerňovače sú v spodnej časti. Celá doska je potiahnutá konformným náterom na ochranu.

Vstupná svorka striedavého prúdu je prepojená s konektorom.

Hlavný riadiaci čip napájacieho zdroja využíva Mornsun Semiconductor HR1211, multirežimový PFC a LLC 2-v-1 radič v prúdovom režime. Do jedného čipu integruje funkcie, ktoré v tradičných riešeniach vyžadujú 2-3 čipy. Regulátor PFC podporuje prevádzkové režimy CCM a DCM.

HR1211 využíva digitálne riadiace jadro, podporuje vysokonapäťové spustenie a inteligentné vybíjanie X kondenzátora. Stupeň PFC podporuje maximálnu prevádzkovú frekvenciu 250 kHz. Stupeň LLC má vstavaný 600V polovičný mostík s integrovanou bootstrap diódou, pracujúci na frekvencii až 500 kHz. Podporuje komplexné ochranné funkcie a je zabalený v SOIC-20.

Zosilňovacia tlmivka PFC je navinutá magnetickým krúžkom a v spodnej časti je na izoláciu poskytnutá bakelitová doska.

Dva 70mΩ odpory sú zapojené paralelne na detekciu spínacieho prúdu.

PFC usmerňovacia dióda je zapojená do série s magnetickou guľôčkou.

NTC termistor má označenie 2,5D-11, slúži na potlačenie nabíjacieho prúdu vysokonapäťového elektrolytického kondenzátora.

Keramické kondenzátory sú zapojené paralelne s elektrolytickými kondenzátormi, so špecifikáciou 0,01μF 1KV.

Spínač LLC je od ZenerTech, model ZN65C1R200L, spínač GaN so štruktúrou Cascode s výdržným napätím 700V a prechodovým výdržným napätím 800V, odporom 200mΩ, podpora napätia pohonu brány 20V. Vyznačuje sa nízkym nabitím brány, čo efektívne zjednodušuje obvod pohonu. Vhodné pre rýchlonabíjačky, komunikačné zdroje, dátové centrá a osvetľovacie aplikácie, zabalené v DFN8*8.

Rezonančný kondenzátor je série MMKP82 so špecifikáciou 0,047μF 630V.

Rezonančný induktor využíva magnetické jadro PQ2020 a je navinutý lankovým drôtom.

Transformátor využíva magnetické jadro PQ3525, označené modelom napájania R0168.

Regulátor synchrónneho usmerňovača je od MPS, model MP6924A, regulátor synchrónneho usmerňovača LLC so silnejšími funkciami proti rušeniu a rýchlemu vypínaniu, kompatibilný s režimami CCM/DCM. MP6924A integruje dva ovládače synchrónneho usmerňovača pre rektifikačné aplikácie dvoch sekundárnych cievok LLC, vhodné pre aplikácie synchrónneho usmerňovania konvertora LLC, zabalené v SOIC-8.

Medzi výstupnú svorku a zem je zapojený keramický kondenzátor so špecifikáciou 0,01μF 2KV.

Výstupné filtračné kondenzátory sú od Sancon (Nantong Sanxin), kondenzátory série RF s dlhou životnosťou, so špecifikáciou 63V 330μF, dva paralelne.

Filtračná tlmivka je obalená teplom zmrštiteľnou hadičkou na izoláciu.

Ďalší filtračný kondenzátor má špecifikáciu 63V 150μF.

Detailný záber na tlmivku výstupného magnetického kruhového filtra.

Zhrnutie

Prostredníctvom analýzy sa zistilo, že 300W napájací modul GaN uvedený na trh spoločnosťou STARWELL používa usmerňovacie mostíky s priechodnými otvormi a usmerňovacie diódy upevnené na vnútornom chladiči. Patch GaN spínače používajú tepelné podložky na vedenie tepla do spodnej časti plášťa z hliníkovej zliatiny na odvod tepla, čím sa zlepšuje kapacita odvádzania tepla. Na vnútornom chladiči je nainštalovaný tepelný spínač na spínanie napájania regulátora v prípade prehriatia, čím sa realizuje celková ochrana proti prehriatiu.

Tento napájací modul GaN využíva riadiace riešenie Mornsun Semiconductor pomocou ovládača HR1211 2-v-1 s ovládačom synchrónneho usmerňovača MP6924A. Prepínač PFC využíva spínač ZenerTech ZN65C1R070L GaN, usmerňovacia dióda PFC využíva diódu Sanken SDS065J008N3 SiC a prepínač LLC využíva spínač ZN65C1R200L GaN. Polovodiče tretej generácie sa používajú na zlepšenie účinnosti premeny energie, zníženie energetických strát a požiadaviek na rozptyl tepla.