NXP & Innoscience 推出 150W GaN 电源方案

由于高频率和高效率的GaN器件的广泛应用，降低了开关损耗并提高了开关频率。 GaN技术还显着提高了电源的转换效率，与相同功率的传统快速充电器相比，USB PD快速充电器的体积减小了一半。同时，GaN不仅可以用于USB PD快充，还可以用于很多大功率转换应用。该技术还可用于笔记本电脑电源或多端口快速充电器，以减少热量产生和尺寸。

Innoscience携手NXP，开发了150w GaN电源解决方案，采用NXP全套控制器和Innoscience GaN功率器件贴装PFC和LLC晶体管开关，输出电压为21.5V。可用于笔记本电脑电源或独立降压多口USB PD快速充电器。电源方案尺寸仅为65*55*22mm，功率密度1.9W/cm³，效率超过95%。

这款 150W GaN 基开关电源采用 PFC+LLC 电路架构，参考设计中已注明。支持90-264V交流输入，空载时待机功耗低于80mW。内部采用全套NXP控制器解决方案。有源桥式整流器、二合一组合控制器和同步整流器控制器均来自NXP，PFC升压开关和LLC开关使用Innoscience的GaN开关器件。

根据参考设计，该电源的满载输出效率在 115Vac 输入时高于 94%，在 230Vac 输入时高于 95%。在空载条件下，230Vac 输入功率损耗小于 100mW。

1. 150W GaN电源参考外观

从正面看，四块小板与大板垂直焊接，增加可用板面积，提高空间利用率。 四块小板分别是有源桥式整流器、PFC晶体管开关、LLC晶体管开关和同步整流器，它们穿插在PFC升压转换器和LLC变压器之间。

由于使用了多块小板和恩智浦高度集成的PFC+LLC二合一控制器，该电源的电路元件相当简化，大大简化了电源解决方案的调试和生产过程。

用游标卡尺测量时，电路板的长度约为65mm。

用游标卡尺测量时，电路板的宽度约为55mm。

用游标卡尺测量，电路板的高度约为19.32mm。

它的重量为 100.7 克。

2. 150W GaN电源电路分析

该电源在其主要设计中采用有源整流，以减少整流器压降造成的损耗。 采用TEA2206T有源整流控制器+TEA2017AAT PFC+LLC控制器+TEA2095T同步整流控制器的全套NXP电源解决方案，配合Innoscience全新INN650DA260A GaN器件和DFN5*6封装，提供高性能、小型化 150W开关电源设计。

开关电源输入端设计有有源桥式整流器，以减少整流器压降带来的损耗。 此外，它不像传统的桥式整流器那样需要冷却解决方案，从而使设计更加紧凑。

NXP 的 TEA2206T 是一款有源桥式整流控制器，用于用 MOSFET 替换传统二极管桥中的两个低侧二极管。 使用带有低欧姆高压外部 MOSFET 的 TEA2206T 可显着提高电源转换器的效率，因为典型的整流二极管正向传导损耗降低了 50%。

电源内部是 NXP TEA2017 控制器，这是一款二合一控制器，集成了多模式 PFC 和数字配置的 LLC。 两个芯片的集成意味着控制器可以输出 PFC 和 LLC 驱动信号，而无需像传统设计那样需要两个单独的芯片。

TEA2017AAT 是一款用于高效谐振电源的数字可配置 LLC 和 PFC 组合控制器。它包括 LLC 控制器和 PFC 控制器功能。 PFC 可以配置为在 DCM/QR、CCM 固定频率或支持所有操作模式的多模式下运行，以优化 PFC 效率。 TEA2017AAT 能够构建一个完整的谐振电源，该电源易于设计且组件数量非常少。 TEA2017AAT 采用薄型和窄体宽 SO16 封装。

TEA2017AAT 数字架构基于高速可配置硬件状态机，确保非常可靠的实时性能。在电源开发过程中，可以通过将新设置加载到设备中来调整 LLC 和 PFC 控制器的许多操作和保护设置，以满足特定的应用要求。可以完全保护配置以防止未经授权复制专有 TEA2017AAT 配置内容。

与传统谐振拓扑相比，由于 LLC 低功耗模式，TEA2017AAT 在低负载下表现出非常高的效率。此模式在连续切换（也称为高功率模式）和突发模式之间的功率区域内运行。

PFC 升压晶体管开关与两个 Innscience INN650DA260A 并联。

LLC晶体管开关是使用Innoscience INN650DA260A的两个晶片的半桥结构。 PFC 晶体管开关和 LLC 晶体管开关均由 TEA2017AAT 控制。

INN650DA260A 是一款耐压 650V 硅基氮化镓增强型功率晶体管，采用 DFN5*6 封装，瞬态电压高达 800V。 支持超高开关频率，无反向恢复电荷，极低的栅极电荷和输出电荷。 它符合 JEDEC 标准的工业应用，配备内置 ESD 保护，并符合 RoHS、无铅、欧盟 REACH 法规。

INN650DA260A 的典型电阻为 260mΩ。 支持开尔文源，栅极驱动电压为6V，击穿电压达到7V，可承受-20V至10V的脉冲。 它可用于具有反激式架构的 65-120W 适配器和具有 PFC 和 LLC 架构的 120-200W 适配器。

副边同步整流控制器使用 NXP TEA2095T 进行同步整流控制。 内置两个驱动器，可同时驱动两个同步整流晶体管，支持独立运行。

TEA2095T/TE 是一款用于开关模式电源的高性能同步整流器 (SR) 控制器 IC。同步整流器控制器采用自适应栅极驱动器技术，可在任何负载下最大限度地节省能源并提高轻载效率。 TEA2095T/TE 可在 90 μA 时在 -25 mV 的稳压电平下运行，这与具有低导通电阻的 MOSFET 完美配合。

NXP 高度集成的电源解决方案与 Innoscience 的 GaN 器件相结合，最大限度地提高了两种解决方案的性能，并确保了紧凑、可靠和高效的开关电源设计。有源桥式整流器将传统桥式整流器的传导损耗降低了一半，从而简化了桥式整流器的冷却设计。采用LLC拓扑可以有效降低初级晶体管开关的开关损耗，提高转换效率。输出采用同步整流器，有效降低压降和能量损耗，这是传统二极管存在的问题。通过紧凑的电源设计，实现了高效、小型化的GaN电源解决方案设计。

恩智浦是一家领先的集成半导体公司，产品应用广泛，涵盖安全和互联汽车、移动设备、工业物联网、智慧城市、智能家居和通信基础设施等市场和领域。恩智浦以其对汽车行业安全和互联应用创新的承诺而闻名。它还拥有广泛的芯片组合。此处介绍的电源参考设计的所有控制器解决方案均来自 NXP Semiconductors。

Innoscience是全球领先的GaN-on-Si IDM公司，目前出货量超过4000万台，其中快充高压器件已被联想、努比亚等多个知名品牌和厂商的数百款产品采用、魅族、ANKER、UGREEN、Baseus、Pisen、MOMAX、ROCK、REMAX、QCY、Lapo、tegic，显示出强劲的市场前景。

随着氮化镓在手机快充领域的普遍应用，氮化镓高频高效技术的潜力得到了充分释放。 Innoscience 将 GaN 技术引入固定电压适配器，以满足笔记本电脑和电动自行车充电的需求。由于尺寸较小，这些产品易于携带。

随着氮化镓在手机快充领域的普遍应用，氮化镓高频高效技术的潜力得到了充分释放。 Innoscience 将 GaN 技术引入固定电压适配器，以满足笔记本电脑和电动自行车充电的需求。由于尺寸较小，这些产品易于携带。

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