Nasz nowy produkt — zasilacz GaN o mocy 300 W

STAWELLjest przedsiębiorstwem high-tech specjalizującym się wzasilanieprodukcja, zaangażowana w badania i rozwój oraz produkcję różnych zaawansowanych produktów zasilających, w tym zasilaczy POE, zasilaczy komunikacyjnych, falowników do magazynowania energii, zasilaczy, przemysłowych zasilaczy sterujących itp., aby zaspokoić potrzeby różnych dziedzin. Analiza rozwiązania tego problemu dotyczy modułu zasilania GaN o mocy 300 W i napięciu 48 V.

Model tego modułu zasilacza to R0168, obsługujący napięcie wejściowe 100 ~ 264 V AC, moc wyjściową 48 V 6,25 A i moc wyjściową 300 W. Może pracować w zakresie temperatur otoczenia od -10~55℃. Zasilacz ma konstrukcję modułową, ze złączami na zaciskach wejściowych i wyjściowych. Poniżej znajduje się analiza rozwiązania tego modułu zasilania GaN o mocy 300 W, pozwalająca przyjrzeć się jego wewnętrznej konstrukcji i materiałom.

Wygląd zasilacza STARWELL 300W GaN 

Moduł

Moduł zasilania STARWELL 300W GaN ma obudowę ze stopu aluminium. Przód modułu PCBA jest wyposażony w radiator ze stopu aluminium z wydrążonymi obszarami odpowiadającymi kondensatorom filtra wysokiego napięcia i cewce wzmacniającej PFC w celu zmniejszenia grubości.

Tył modułu zasilacza to obudowa ze stopu aluminium.

Modelka: B0168

Wejście: 100-240 V ~ 50/60 Hz 5,0 A maks

Wyjście: 48 V 6,25 A

Przewody wyjściowe są łączone poprzez lutowanie, za pomocą rurki termokurczliwej na złączach lutowanych w celu zapewnienia izolacji.

Zbliżenie na złącze wyjściowe: czerwony przewód to biegun dodatni, a tuleja oznaczona jest jako wyjście 48V.

Długość modułu zasilacza mierzona suwmiarką wynosi około 127,1mm.

Szerokość modułu zasilacza wynosi około 76,4mm.

Grubość modułu zasilacza wynosi około 40,4 mm.

Intuicyjne postrzeganie wielkości modułu zasilacza trzymanego w dłoni. Dzięki zastosowaniu urządzeń zasilających GaN znacznie poprawia się gęstość mocy, a wolumen mocy wyjściowej 300W jest znacznie zmniejszony, oszczędzając miejsce.

Zmierzona waga modułu zasilacza wynosi około 441g.

Analiza zasilacza STARWELL 300W GaN

Moduł

Moduł PCBA mocuje się do radiatora za pomocą śrub.

Izolacyjne arkusze silikonu są wklejane w miejscach odpowiadających radiatorowi po wyjęciu modułu PCBA.

Z boku modułu PCBA znajduje się izolujący arkusz Mylaru.

Usuwa się izolujący arkusz Mylaru, wycina się otwory w miejscach odpowiadających urządzeniom zasilającym i zapewnia się podkładki termiczne przewodzące ciepło.

Trzy podkładki termiczne odpowiadają odpowiednio przełącznikowi PFC, przełącznikowi LLC i prostownikowi synchronicznemu.

Radiator ze stopu aluminium jest również pokryty modułem PCBA, a urządzenia zasilające są mocowane za pomocą śrub.

Radiator zakryty na module PCBA usuwa się poprzez wylutowanie.

Mostek prostowniczy, dioda prostownicza PFC i wyłącznik termiczny są zamocowane na radiatorze.

Widok przodu modułu PCBA: lewa strona wyposażona jest w gniazdo wejściowe zasilania, bezpiecznik, kondensator Y, warystor, cewkę współbieżną i kondensator bezpieczeństwa X2. Pozycja środkowa jest wyposażona w cewkę wzmacniającą PFC i kondensator filtra wysokiego napięcia. Prawa strona jest wyposażona w kondensator rezonansowy LLC, cewkę rezonansową, transformator, kondensator filtrujący i cewkę filtrującą.

Z tyłu modułu PCBA znajduje się kontroler PFC+LLC 2 w 1. Przełącznik PFC znajduje się w lewym dolnym rogu, przełącznik LLC znajduje się nad głównym układem sterującym, transoptor sprzężenia zwrotnego znajduje się po prawej stronie, a sterownik prostownika synchronicznego i dwa prostowniki synchroniczne znajdują się na dole. Cała płyta pokryta jest powłoką konforemną w celu ochrony.

Zacisk wejściowy prądu przemiennego jest podłączony za pomocą złącza.

Główny układ sterujący zasilacza wykorzystuje Mornsun Semiconductor HR1211, wielomodowy kontroler PFC i prądowy LLC 2 w 1. Integruje w jednym chipie funkcje, które w tradycyjnych rozwiązaniach wymagają 2-3 chipów. Sterownik PFC obsługuje tryby pracy CCM i DCM.

HR1211 wykorzystuje cyfrowy rdzeń sterujący, obsługuje rozruch przy wysokim napięciu i inteligentne rozładowywanie kondensatorów X. Stopień PFC obsługuje maksymalną częstotliwość roboczą 250 kHz. Stopień LLC posiada wbudowany sterownik półmostkowy 600V ze zintegrowaną diodą bootstrap, pracujący z częstotliwością do 500KHz. Obsługuje kompleksowe funkcje zabezpieczające i jest zapakowany w SOIC-20.

Cewka wzmacniająca PFC jest uzwojona pierścieniem magnetycznym, a na dole znajduje się arkusz bakelitu zapewniający izolację.

Dwa rezystory 70 mΩ są połączone równolegle w celu wykrycia prądu przełączającego.

Dioda prostownicza PFC jest połączona szeregowo z kulką magnetyczną.

Termistor NTC ma oznaczenie 2.5D-11 i służy do tłumienia prądu ładowania kondensatora elektrolitycznego wysokiego napięcia.

Kondensatory ceramiczne są połączone równolegle z kondensatorami elektrolitycznymi, o specyfikacji 0,01 μF 1KV.

Przełącznik LLC pochodzi od ZenerTech, model ZN65C1R200L, przełącznik GaN o strukturze Cascode o napięciu wytrzymywanym 700 V i napięciu wytrzymywanym przejściowym 800 V, rezystancji włączenia 200 mΩ, wsparciu napięcia napędu bramki 20 V. Charakteryzuje się niskim ładunkiem bramki, skutecznie upraszczając obwód napędowy. Nadaje się do szybkich ładowarek, zasilaczy komunikacyjnych, centrów danych i zastosowań oświetleniowych, pakowany w DFN8*8.

Kondensator rezonansowy należy do serii MMKP82 i ma specyfikację 0,047 μF 630 V.

Cewka rezonansowa wykorzystuje rdzeń magnetyczny PQ2020 i jest uzwojona drutem licowym.

W transformatorze zastosowano rdzeń magnetyczny PQ3525, oznaczony modelem zasilacza R0168.

Synchroniczny sterownik prostownika pochodzi od MPS, model MP6924A, synchroniczny sterownik prostownika LLC z silniejszymi funkcjami przeciwzakłóceniowymi i szybkim wyłączaniem, kompatybilny z trybami CCM/DCM. MP6924A integruje dwa synchroniczne sterowniki prostowników do zastosowań prostowniczych dwóch cewek wtórnych LLC, odpowiednie do synchronicznych zastosowań prostowniczych konwertera LLC, zapakowane w SOIC-8.

Pomiędzy zaciskiem wyjściowym a masą podłączony jest kondensator ceramiczny o specyfikacji 0,01 μF 2 KV.

Kondensatory filtra wyjściowego pochodzą z firmy Sancon (Nantong Sanxin), kondensatorów serii RF o długiej żywotności, o specyfikacji 63 V i 330 μF, dwa równolegle.

Cewka filtra jest owinięta rurką termokurczliwą w celu izolacji.

Kolejny kondensator filtrujący ma specyfikację 63 V 150 μF.

Zbliżenie wyjściowej cewki z filtrem magnetycznym.

Streszczenie

Z analizy wynika, że ​​wprowadzony na rynek przez STARWELL moduł zasilania GaN o mocy 300 W wykorzystuje mostki prostownicze z otworami przelotowymi i diody prostownicze zamocowane na wewnętrznym radiatorze. Przełączniki Patch GaN wykorzystują podkładki termiczne do przewodzenia ciepła do dolnej obudowy ze stopu aluminium w celu rozproszenia ciepła, poprawiając zdolność rozpraszania ciepła. Na wewnętrznym radiatorze zainstalowany jest wyłącznik termiczny, który przełącza zasilanie sterownika w przypadku przegrzania, zapewniając ogólną ochronę przed przegrzaniem.

W tym module zasilania GaN zastosowano rozwiązanie sterujące Mornsun Semiconductor, wykorzystujące kontroler 2 w 1 HR1211 ze sterownikiem prostownika synchronicznego MP6924A. Przełącznik PFC wykorzystuje przełącznik GaN ZenerTech ZN65C1R070L, dioda prostownicza PFC wykorzystuje diodę SiC Sanken SDS065J008N3, a przełącznik LLC wykorzystuje przełącznik GaN ZN65C1R200L. Półprzewodniki trzeciej generacji służą do poprawy wydajności konwersji mocy, zmniejszenia strat mocy i wymagań dotyczących rozpraszania ciepła.