【应用】泰高推出210W氮化镓电源模块用于百瓦级电源市场，内置TP44200合封氮化镓器件，功率密度达2.07W/cm³

说起氮化镓功率器件，主流的解决方式就是单管和合封，氮化镓单管搭配专门优化的控制器，在反激架构的快充中得到了广泛的应用。但在大功率的电源中，通常使用较高频率来缩小变压器的体积，相应的，合封氮化镓功率芯片由于内置驱动器，在高频下应用简单的优势，也常被大部分的高频开关电源中使用。

泰高技术是世界上第一家同时具备氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）及砷化镓（GaAs）芯片工艺技术创新解决方案的公司，泰高技术的研发团队源于国际整流器公司（IR），早在2010年就承继IR处于国际领先的氮化镓成果持续研制并销售先进氮化镓芯片。

泰高技术拥有十余年氮化镓芯片研发经验，所研发的氮化镓芯片已经被超过60家欧美国际大公司广泛采用。泰高技术的全球设计中心位于美国芝加哥（Chicago），以及印度加尔各答（Kolkata）拥有研发设计分部，全球研发人员超过50 位，其中超过80%的研发都具有拥有博士学位。

泰高技术针对百瓦级电源市场推出了210W氮化镓电源模组方案，其基于PFC+LLC电路拓扑进行设计，采用了泰高四颗TP44200NM氮化镓器件，整个DEMO三维仅70*46*31.5mm，功率密度高达2.07W/cm³，实现了高效率、高功率密度、低温度的良好应用。

下面就一起来看看泰高技术这套电源解决方案具体如何设计，以及测试结果表现如何。

一、泰高技术210W氮化镓电源方案外观

泰高技术210W氮化镓快充方案采用PFC+LLC架构，固定电压输出，适用于笔记本电脑供电、工业电源、差旅排插等用途，还可搭配二次降压用于多口PD3.1/PD3.0快充充电器。

电源模块采用四块PCB板组合的焊接方式，对角两块小板连接支撑上下两块大板。

使用游标卡尺测得模块长度为70.05mm。

宽度为45.94mm。

厚度为31.51mm。通过三维算得模块体积约为101.4cm³，功率密度为2.07W/cm³。

模块拿在手上的大小直观感受。

另外测得重量约为156g。

二、泰高技术210W氮化镓电源方案解析

输入端小板一览，右侧焊接EMI滤波电路的器件，左侧设有同步整流电路以及固态滤波电容。

延时保险丝5A 250V。

10D561K压敏电阻。

共模电感双线绕制，滤除EMI干扰。

安规X电容容量0.68μF。

另一颗共模电感特写。

模块一端可以看到红色薄膜滤波电容、PFC升压电感，PFC升压电感上贴有两块导热垫，导热垫右侧是整流桥。

整流桥采用沃尔德WRLSB80M，使用两颗均摊温升。这颗软桥通过较软的恢复曲线，比较平滑的关断特性，可以降低二极管结电容达到非常少的谐波振荡产生的效果。选用的LSB封装，拥有良好的散热特性，帮助中大瓦数适配器提升可靠性，单颗可做60W+。

另一块板子左右两侧分别设有PFC升压电路和LLC开关电源初级侧相关控制器和合封氮化镓芯片。

PFC升压控制器采用TI德州仪器UCC28056，具有超低空载损耗，在负载范围内提供出色的效率，符合IEC61000-3-2电流谐波标准的要求。

PFC升压开关管采用两颗泰高技术TP4420DNM去均摊温升。泰高技术的氮化镓功率芯片TP44200NM，作为一款额定电压650V的大功率Superior GaN功率芯片，能满足中功率移动设备和消费类电力电子市场的需求，加速淘汰低速开关频率的传统硅芯片，抢占中功率充电市场。

这款180mΩ TP44200NM采用5*7mm小型PQFN封装，拥有专利的集成散热技术，适用于高效率，高功率密度的电源系统，其产品的电流承载能力提高了50%。

Superior GaN功率芯片集成了GaN Mosfet与GaN驱动器与保护控制功能，实现了使用简单，体积小，速度快，较高功率的性能。TP44200NM与竞争对手的解决方案不同，不需要额外设计9V~30V电源单独给GaN Mosfet内部的GaN驱动器供电，这样就能替工程师省去麻烦。

泰科天润G5S6506Z 650V/6A碳化硅肖特基功率二极管，DFN5*6封装，最高工作温度175℃，用于PFC升压整流。

LLC控制器采用TI德州仪器UCC256404，是一颗具有超低功耗、超静音待机运行和高电压启动功能的LLC谐振控制器，专门设计用于与PFC控制器配对使用，以使用最少的外部组件提供完整的电源系统。

针对LLC架构的设计，LLC半桥开关管也是采用两颗泰高TP44200NM氮化镓器件，TP44200NM也不需要像竞争对手需要额外增加GaN Mosfet半桥驱动芯片去配合。TP44200NM的创新设计对主控芯片限制就大大减低，这样的设计对于工程师大大降低的设计困难，以提高产品可靠性。

贴片Y电容来自特锐祥，型号TMY1222M，具有体积小、重量轻等特色，非常适合应用于氮化镓快充这类高密度电源产品中。

同步整流控制器采用安森美NCP4306，支持CCM、DCM和QR工作模式，适用于反激或LLC应用。

四颗同步整流管均采用维安040N08HS，DFN5*6贴片封装。

两颗25V 680μF固态电容，用于同步整流输出滤波。

模块一侧中间设有高压滤波电解电容，对应板子区域镂空以降低模块厚度，左侧连接小板套有绝缘管。

高压滤波电解电容为ketucon品牌，包裹高温胶带绝缘，规格为420V 120μF。

另一端设有谐振电容和谐振电感。

谐振电容来自JURCC捷威电子，333J1KVDC。

另一侧则设有供电电容和变压器，变压器上也贴有导热垫。

PWM主控芯片供电电容规格为25V 220μF。

三、泰高技术210W氮化镓电源方案部分测试数据

泰高技术210W氮化镓电源模块能够满载工作在90V-264V范围的工作条件下，板上输出空载电压范围为21.21-21.23V，输出负载电压范围为21.20-21.21V，输出电压随负载变化轻微，有良好的电压调整率。

210W氮化镓电源模块可透过反馈电阻的修改，最大能输出29V电压，还可搭配二次降压用于多口PD3.1快充充电器。

在输入电压为110Vac环境下满载输出，测得纹波噪声为180mV。

在输入电压为220Vac环境下满载输出，测得纹波噪声为196mV，占比0.93%具有良好的指标。

小结：1、在 90Vac输入电压范围内，满负载输出效率于93.4%;其中220Vac 输入，满负载输出效率为95.6%。2、最大待机功耗低于150mW，符合能效六级的应用要求。

测试条件：不同电压输入，满载输出，室内环境15℃测试，老化60分钟。

小结：

1、泰高技术210W氮化镓快充模块在90V输入环境下，满载输出条件下60分钟，PFC驱动氮化镓TP44200NM温度为83.1℃；LLC驱动氮化镓TP44200NM温度93℃；LLC变压器温度为80.1℃;输出同步整流管温度为82.7℃。

2、在220V输入环境下，满载输出条件下60分钟，PFC驱动氮化镓TP44200NM温度为80.6℃；LLC驱动氮化镓TP44200NM温度89.3℃；LLC变压器温度为97.4℃；输出同步整流管温度为75.7℃。

对于从事电力电子设计的工程师而言，TP44200NM Superior GaN氮化镓功率芯片为100W-240W应用提供了更佳的产品设计思路，如电脑一体机，电视，游戏机，电动滑板车，电动自行车等电动交通工具的充电器，游戏笔记本电脑等其他设备的充电器等。TP44200NM现已大批量生产，可立即从泰高技术的经销合作伙伴处订购。

泰高技术研发团队致力于开发宽禁带技术的颠覆性解决方案，拥有众多创新专利技术、芯片 IP以及自有知识产权的测试设备，能显著降低客户端系统级解决方案的复杂性、 体积、重量和功耗等相关问题。

由于中美贸易持续摩擦并无法短期获得解决， 芯片的国产平替被提到了国家战略的高度，泰高技术做为一家国产氮化镓功率器件公司，致力于共同推动国产芯片产业发展;加速于国产功率芯片平替海外功率芯片布局。泰高技术的氮化镓电源解决方案的器件选型已承诺客户往100%国产优化;避免客户购买非国产芯片而发生数量短缺、价格上涨甚至市场崩溃的情况。

“泰高, 让设计变简单“是泰高技术的理想，我们致力于通过精巧的布局，使得工程师更加便捷设计，让产品更经济实用且可靠，并且我们的Superior GaN技术为更高效、更小、更可靠的全新解决方案带来更多可能。

充电头网总结

传统百瓦级电源体积大、笨重，不仅占空间，外带更是折磨人。泰高技术这套基于自家四颗TP44200NM Superior GaN功率芯片设计的电源方案，充分发挥了氮化镓的优点，将输出功率做到210W的同时，实现了模块的小型化，兼具小巧与高功率，完美解决传统百瓦级电源大而重两大痛点。

泰高技术的210W氮化镓电源模块参考设计，使用的是PFC+LLC的高效架构，控制器采用的是知名大厂TI德州仪器的UCC28056及UCC256404，搭配泰高TP44200NM氮化镓器件，可以获得高转换效率（95%@110Vac&95.6%@220Vac，满负载状态)，能降低电源产品的散热需求而减轻产品重量。泰高技术的营运官说明在3月底前会推出100W/150W/240W的多口充电器解决方案，届时这些方案已联合其他国产品牌芯片共同推出。

此外不局限于百瓦级直流电源输出，这款电源参考设计还可根据客户需求，在输出端灵活设计二次降压电路，实现多种接口以及不同电压输出支持，满足灵活/可靠性/个性化需求。