聚能创芯推出LLC架构140W氮化镓电源方案，集成氮化镓开关与碳化硅二极管实现精简设计

时间： 2021-12-28 来源：世强

技术问答

百瓦USB PD充电器是市场上的新宠，单口最大可输出100W功率，并且支持双口功率盲插，同时还支持多个设备同时快速充电，实用性非常优秀。正因为性能强大，功能全面，被广大消费者接受，逐渐成为USB PD市场的主要出货功率。

针对日益壮大的百瓦快充市场，氮化镓器件原厂聚能创芯推出了一款LLC拓扑的140W开关电源，使用氮化镓开关管用于PFC升压和LLC谐振，并且使用碳化硅二极管作为PFC升压整流。

这款电源方案采用了高度集成的MPS HR1211二合一主控芯片，内部集成PFC和LLC控制器，可实现精简的电源设计。实测电源方案尺寸为70*60*22.5mm，功率密度达到1.47W/cm³，配合二次降压电路可实现多口大功率USB PD应用，或直接连接输出线，用于笔记本等设备供电。

一、聚能创芯140W氮化镓电源参考设计外观

聚能创芯140W氮化镓电源参考设计采用三块小板与大板的组合方式。其中两块小板分别焊接滤波电容，另一块小板焊接输入滤波器件。

背面可以看到两颗整流桥，氮化镓开关管，电源采用MPS HR1211+MP6924A组成高效率LLC电源，HR1211内部集成PFC和LLC控制器，MP6924A用于输出同步整流。聚能创芯的增强型氮化镓器件可以使用HR1211直驱，无需外置驱动器。

使用游标卡尺测量电源长度约为70mm。

电源宽度为60mm。

电源厚度约为22.5mm。

测得这款140W电源方案重量为114.9g。

这款140W的电源方案和100W多口氮化镓电源的体积接近。

二、聚能创芯140W氮化镓电源参考设计解析

聚能创芯140W氮化镓电源使用了MPS HR1211二合一控制器，芯片内部集成PFC和LLC控制器，PFC控制器支持根据负载联动，以获得优秀的待机功耗和转换效率表现。

聚能创芯140W电源方案正面一览。

聚能创芯140W电源方案背面一览。

输入端小板焊接输入保险丝，共模电感，X电容和Y电容等器件。

输入端两颗Y电容均来自特锐祥。

电路板一侧为滤波电感，薄膜滤波电容和PFC升压电感。

另一侧为LLC谐振电容，谐振电感和LLC变压器。

输出采用固态电容滤波，焊接在垂直的小板上，节省PCB面积。

PFC升压输出滤波采用四颗永铭KCX系列高压电容并联。

输入端整流采用沃尔德WRLSB80M整流桥，使用两颗均摊发热。

电源主控芯片采用MPS HR1211，是一颗多模式PFC和电流模式LLC二合一控制器，将传统芯片方案需要2-3颗芯片才能实现的功能集成在一颗芯片内部，PFC控制器支持CCM和DCM工作模式。

HR1211采用数字控制内核，支持高压启动和智能X电容放电，PFC级支持最高250KHz工作频率，LLC级内置600V半桥驱动器，内部集成自举二极管，工作频率高达500KHz，支持丰富的保护功能。

PFC升压采用聚能创芯CGL65R150B氮化镓开关管，CGL65R150B是一款耐压650V，导阻120mΩ的增强型氮化镓开关管，支持超快开关，具有低栅极电荷和输出电荷，支持开尔文源极，符合JEDEC的标准级应用认证。

聚能创芯CGL65R150B采用PQFN8*8封装，适用于高压AC/DC转换，可用在140W功率段PFC主功率开关管，240W功率段 LLC主功率开关管。

PFC升压整流管采用美浦森MSM06065G1碳化硅二极管，采用DFN5*6封装。碳化硅二极管具有极低的反向恢复恢复电流，能够降低反向恢复电流带来的EMI辐射和效率降低，从而提升电源的转换效率。

LLC半桥使用两颗聚能创芯CGK65R400B 氮化镓开关管，聚能创芯CGK65R400B是一款耐压650V，导阻350mΩ的增强型氮化镓开关管，支持超快开关，具有低栅极电荷和输出电荷，支持开尔文源极，符合JEDEC的标准级应用认证。

聚能创芯CGK65R400B采用PQFN5*6封装，适用于高压AC/DC转换，可应用在30W功率段反激主功率开关管，120W LLC主功率开关管。

贴片Y电容来自特锐祥。

LLC同步整流控制器为MPS MP6924A，MP6924A是一颗双路LLC同步整流器，具有更强的抗干扰度和快速关断功能，可兼容CCM/DCM模式。

LLC同步整流使用两颗AON6292。

输出固态电容两颗并联，470μF 35V。

1018光耦用于输出电压反馈。

总结

聚能创芯140W 氮化镓电源采用LLC拓扑，固定电压输出，可用于多口快充和笔记本电脑电源应用。电源内部采用MPS HR1211二合一控制器，搭配聚能创芯氮化镓器件实现了高集成化的开关电源设计，同时更加节能，满足高能效要求。

聚能创芯已经推出了多款氮化镓器件，可应用于不同功率范围的充电器中。聚能创芯可为PD快充，新能源发电，数据中心，5G通讯等提供全部国产化的氮化镓功率器件产品和电源解决方案。

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