【应用】泰高推出高效率240W氮化镓USB PD3.1多口快充电源方案，内置4颗合封氮化镓开关管

泰高技术最新推出了一款240W氮化镓USB PD3.1多口快充电源方案，采用可编程数字电源芯片PFC+LLC Combo高效拓扑，同时运用4颗泰高技术第二代的TP44100SG合封氮化镓开关管，实现“更高效率，更大功率，更小体积，更低发热。”

240W氮化镓USB PD3.1多口快充电源方案采用了新一代氮化镓方案，PCBA三围尺寸为75.8*59.4*29.6mm³，大小与苹果61W单口充电器相比小了20%体积，按照额定输出功率240W计算，其功率密度高达1.8W/cm³；泰高技术实现了国内首家针对240W氮化镓USB PD3.1多口快充电源方案中功率密度超过1.75W/cm³的参考设计。

泰高技术这款240W氮化镓电源参考设计使用可编程数字电源芯片PFC+LLC Combo高效拓扑，输出恒压为29.5V，搭配二次降压电路，使得氮化镓充电器拥有2C1A共三个输出口的配置，其中USB-C1支持140W输出，USB-C2支持100W输出，USB-A口支持30W输出，三口支持同时快充输出，性能强劲。

USB-C1是基于USB PD 3.1新标准开发，支持 28V5A 140W大功率输出，适配Macbook Pro 2021满血快充。向下兼容USB PD 3.0，还支持市面各种常见的快充协议，不管是未来新快充标准设备，还是主流设备都能通吃，并照顾多设备充电需求。

充电头网已经拿到泰高技术这款240W氮化镓USB PD3.1多口快充电源方案参考设计，下面就带来这款电源设计以及测试解析。

泰高技术240W氮化镓USB PD3.1多口快充电源方案参考设计外观：

该方案采用可编程数字电源芯片PFC+LLC Combo高效拓扑，固定电压输出，搭配三路独立的同步降压电路，满足USB PD3.1 140W+USB PD3.0 100W同时输出。

这款电源模块主要由两块较大的PCB组成，其中上层PCB为同步整流输出和同步降压部分，下层PCB为PFC+LLC的初级电源部分，初级电源的零件布局是由于采用可编程数字电源芯片PFC+LLC Combo高效拓扑与泰高技术第二代的TP44100SG合封氮化镓开关管，就显得更加紧凑与简单。

电源背面是四颗泰高技术第二代的 TP44100SG 合封氮化镓开关管，碳化硅二极管和一颗二合一控制器。

两块板子之间紧密的排列着PFC升压电感、LLC变压器、滤波电容等体积较大的插件物料，除了背面的氮化镓器件外，其余发热较高的器件都放在中间，散热体验更好。

三个接口的小板焊接在上层PCB上，同时在下层PCB上增加焊点为固定作用。侧面一览，左侧排针连接光耦用于输出电压反馈，右侧USB-A小板焊接降压电路。

左侧是输入滤波器件，绿色电容为LLC谐振电容，电容后面是谐振电感，右侧为LLC变压器，初级焊接在下层PCB上，次级直接焊接到上层PCB上进行同步整流。

输入滤波和整流电路一览：

使用游标卡尺测得PCB模块长度为75.8mm，宽度为59.4mm，测得厚度为29.6mm；测得参考设计重量约为181克。

泰高技术240W氮化镓USB PD3.1多口快充电源参考设计解析

首先从输入端开始，逐一介绍这款电源的用料和设计。电源输入端延时保险丝规格为5A 250V。

输入端黑色NTC热敏电阻，用于上电浪涌电流抑制。第一级共模电感，采用多层绝缘线绕制，绿色磁环，左侧是黄色X电容。

10D561K压敏电阻，用于输入过压保护。最左侧是整流输出的滤波薄膜电容，中间是整流桥，右侧是第二颗共模电感，外套热缩管绝缘。

两颗红色薄膜电容之间是滤波电感，外套热缩管包裹绝缘，为PFC输入滤波。

PFC升压开关管使用两颗泰高技术第二代的 TP44100SG 合封氮化镓开关管。泰高技术TP44100SG是一颗650V耐压，瞬态耐压750V，90mΩ导阻的增强型合封驱动器氮化镓开关管，支持0V~20V PWM信号控制，支持传统控制器和氮化镓直驱控制器使用。

在这两种情况下都不需要外部供电VCC。归功于TP44100SG合封氮化镓开关管不需要VCC供电，应用在PFC+LCC或无桥PFC+ AHB等大功率拓扑的设计提供更可靠与更简单的设计。针对TP44100SG合封氮化镓开关管做并联去应用输出电流大于60A的设计，其外围器件简单并且可以实现最多6颗合封氮化镓开关管做并联。

泰高技术TP44100SG支持单管，半桥应用，适用于AC-DC，DC-DC，DC-AC应用，支持标准PFC和图腾柱PFC应用，支持高频LLC应用，支持快充、笔记本电源等充电应用。支持LED照明、电机驱动与服务器电源应用。

泰高技术TP44100SG采用QFN5*7mm²封装，具有加强的散热性能，其散热的性能足跟市面上QFN6x8mm²与QFN8x8mm²芯片封装相竞争，封装具有低电感，适合高频高功率密度电源使用。

LLC半桥使用两颗泰高技术 TP44100SG 合封氮化镓开关管组成，TP44100SG的外围电路简单。应用半桥设计去驱动一颗 TP44100SG 只要2个电阻,1个电容,1个6.2V稳压管等简单零部件组成，最大优化其产品可靠性与设计简单。

泰高技术TP44100SG氮化镓开关管特写

LLC谐振电容特写，来自捷威，MPP92-BOX谐振电容，高频损耗小，噪声小，使用树脂外壳封装，并使用环氧树脂灌封，耐候能力提升，一致性好。电容规格为33nF，1000V耐压。

泰高技术240W氮化镓USB PD3.1多口快充电源参考设计部分测试数据：

输出电压测试：

泰高技术240W氮化镓快充参考设计能够满载工作在90Vac-264Vac范围的工作条件下，板上输出空载电压范围为29.51-29.53Vdc，输出负载电压范围为29.5-29.53Vdc，输出电压随负载变化轻微，有良好的电压调整率。240W氮化镓快充设计搭配三路独立降压电路，实现了140W+100W的PD快充输出。

纹波噪音测试：

110Vac输入电压下，满载测试，测得纹波为246mV。

220Vac输入电压下，满载测试，测得纹波为164mV。

转换效率测试：

在90Vac-264Vac输入电压范围内， 240W氮化镓快充板端平均转换效率大于94.3%；其中220Vac输入，满载输出效率为96.0%。240W氮化镓快充最大待机功耗200mW，符合能效六级的应用要求。

关键元件温度测试：

使用Fluke TI200红外热成像仪对PCB进行测温，环境温度30℃。

240W氮化镓快充在90Vac输入，满载输出条件下90分钟，LLC驱动氮化镓 TP44100SG 温度109℃；PFC驱动氮化镓TP44100SG温度为106℃；LLC变压器温度为97℃；输出同步整流管温度为103℃。

240W氮化镓快充在220Vac输入，满载输出条件下90分钟，LLC驱动氮化镓TP44100SG温度85℃；PFC驱动氮化镓TP44100SG温度为108℃；LLC变压器温度为103℃；输出同步整流管温度为97℃。

接口输出功率测试：

泰高技术240W氮化镓快充输出策略，USB-C1接口支持140W快充，独立固定，不受功率分配影响，USB-C2与USB-A1均独立支持快充，支持功率智能分配。

USB PD3.1快充标准发布数月之久，这期间，泰高技术诞生了首款240W氮化镓USB PD3.1快充充电器，加速新标准的商业化应用，也缩短客户领先同行的产品开发时间。

泰高技术的240W氮化镓快充充电器参考设计，通过使用氮化镓开关管配合PFC+LLC的高效架构，能满足客户端小体积而又高效的电源设计。参考设计已经在国家级实验室里已经通过EMI/EMC测试，并且有足够余量，能直接提供PCBA给终端品牌客户生产，以利于品牌客户缩短开发产品周期。

泰高技术目前已推出多款完整的氮化镓快充解决方案，现有包括大功率PD充电器应用的有210W / 240W ，氮化镓插线板应用的有65W 1C+2A / 2C+1A两种设计，未来也会开发300W以上的锂电池充电器与750W 矿机电源与2.5KW 双向OBC户外电源方案等。

充电头网总结

200W以上的电源通常又大又重，考验着消费者的接受能力，市场上很少有品牌会推出功率这么大的快充电源，既是市场缺口，又很难令人接受。得益于氮化镓新技术应用在快充电源上，高频高效的优势，能够减小充电器中电感与变压器的体积，还能减少散热要求，通过使用氮化镓技术并搭配小板组合焊接，能够提升充电器空间利用率，帮助减小体积。

泰高技术推出的240W PD3.1氮化镓快充参考设计，电源使用四颗泰高TP44100SG氮化镓开关管，分别用于PFC升压和LLC半桥，显著提升了电源转换效率，满载效率达到96%以上，大大降低了发热。

泰高技术这款240W氮化镓电源参考设计采用恒压29.5V输出，搭配二次降压电路，支持2C1A三接口输出，USB-C1支持USB PD3.1 28V 140W输出，USB-C2支持100W输出，USB-A口支持30W输出，三口支持同时快充输出，性能强劲，能同时满足两台笔记本大功率快充需求。同时参考设计还可以根据客户需求定制，满足不同电压输出以及接口需求。