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芯干線推出的一款480W電源模塊，采用高效的PFC+LLC電源架構(gòu)，輸出使用同步整流，其中兩顆XG6510B8氮化鎵開(kāi)關(guān)管用于PFC升壓，兩顆XD6506F8碳化硅二極管用于PFC整流，兩顆XG6510B8組成LLC半橋。電源模塊輸出規(guī)格為48V10A，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到96%，滿足大功率POE應(yīng)用和USB PD3.1 240W快充應(yīng)用。

芯干線480W氮化鎵電源方案外觀

這款電源模塊底部固定了一整面金屬散熱片，用于為貼片封裝的功率器件散熱。伴隨著封裝技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，芯干線這款電源采用全貼片的功率器件設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。

另外一面可以看到PFC升壓電感和LLC變壓器，在變壓器的側(cè)面焊接一塊小板，用于電源的整機(jī)控制，PCB尾部四顆固態(tài)電容用于輸出濾波。

測(cè)得模塊長(zhǎng)度為159.95mm。

寬度為50.22mm。

厚度為40.46mm。

拿在手上的大小直觀感受。

芯干線480W氮化鎵電源方案解析

在對(duì)方案模塊尺寸有所了解后，下面來(lái)看看方案器件的具體信息。

電源模塊從左到右依次為輸入EMI電路，PFC升壓電感，高壓濾波電容和LLC變壓器，最右側(cè)垂直一排是輸出濾波固態(tài)電容。電源輸入輸出均采用插件連接，便于在設(shè)備中應(yīng)用。

側(cè)面可以看到PFC升壓電感采用兩個(gè)磁環(huán)疊加繞制，PCBA底部采用三塊導(dǎo)熱墊進(jìn)行散熱。

另外一面是電源控制小板和兩個(gè)整流橋，垂直焊接，小板上焊有光耦，用于輸出電壓反饋。

模塊背面是一整片散熱鋁板，通過(guò)螺絲固定在電路板背面。

擰開(kāi)固定螺絲，拆下電源背面的散熱鋁板，三塊導(dǎo)熱墊分別對(duì)應(yīng)PFC升壓電路，LLC開(kāi)關(guān)管和同步整流電路。

電源背面從左至右依次是PFC升壓開(kāi)關(guān)管，PFC升壓整流管，LLC半橋開(kāi)關(guān)管和同步整流管。

這款480W電源模塊采用NXP恩智浦TEA2017二合一控制器進(jìn)行PFC和LLC控制，輸出采用TEA2095進(jìn)行LLC同步整流，初級(jí)側(cè)使用兩顆芯干線XG6510B8氮化鎵開(kāi)關(guān)管用于PFC升壓，兩顆XG6510B8組成LLC半橋。

PFC升壓整流使用兩顆芯干線XD6506F8碳化硅二極管，在CCM模式下，有效降低整流二極管的反向恢復(fù)損耗。下面從輸入端開(kāi)始了解電源各個(gè)器件的信息。

電源輸入端保險(xiǎn)絲規(guī)格為10A 300V。

壓敏電阻型號(hào)為14D511，用于輸入過(guò)壓保護(hù)，連接在保險(xiǎn)絲后面，并聯(lián)接入電路，在輸入電壓超過(guò)動(dòng)作電壓時(shí)，壓敏電阻導(dǎo)通，保險(xiǎn)絲熔斷切斷電路，從而起到保護(hù)作用。

第一級(jí)共模電感，使用絕緣線和漆包線繞制。

安規(guī)X2電容來(lái)自WQC威慶電子，容量為0.68μF。

第二顆共模電感使用漆包線繞制，兩個(gè)線圈之間有電木板絕緣。

電源使用兩顆GBU1506整流橋用于輸入整流，15A600V。整流橋?yàn)榘霕蚪臃ǎ褂脙深w組成全橋均攤發(fā)熱。

用于抑制上電浪涌電流的NTC熱敏電阻，藍(lán)色繼電器用于在啟動(dòng)后旁路掉NTC熱敏電阻，消除熱敏電阻串聯(lián)在電路中的功率損耗。

CL21X薄膜電容配合磁環(huán)電感進(jìn)行濾波，為PFC電路供電，電容規(guī)格為1μF 450V。

磁環(huán)電感特寫(xiě)，內(nèi)部涂膠固定。

第二顆薄膜濾波電容。

PFC升壓電感采用兩個(gè)磁環(huán)疊加繞制，底部墊有塑料片絕緣。

這款480W電源模塊的初級(jí)控制器采用NXP恩智浦TEA2017，這是一顆集成了多模式PFC和數(shù)字配置的LLC二合一的控制器，通過(guò)將兩顆芯片整合在一起，可以同時(shí)輸出PFC和LLC驅(qū)動(dòng)信號(hào)，無(wú)需傳統(tǒng)獨(dú)立的兩顆芯片。

恩智浦TEA2017AAT是一款數(shù)字化可配置LLC和PFC組合控制器，用于高效諧振電源。它包括LLC和PFC控制器功能。PFC經(jīng)配置可在DCM/QR、CCM固定頻率或支持所有操作模式的多模式下運(yùn)行，優(yōu)化PFC效率。TEA2017AAT能夠構(gòu)建一個(gè)完整的諧振電源，電源設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，組件數(shù)量少。TEA2017AAT采用小型窄條SO16封裝

PFC升壓開(kāi)關(guān)管使用兩顆芯干線氮化鎵開(kāi)關(guān)管并聯(lián)，型號(hào)為XG6510B8，是一顆耐壓為650V的增強(qiáng)型氮化鎵開(kāi)關(guān)管，導(dǎo)阻為100mΩ，具有低導(dǎo)通電阻和低輸入電容，無(wú)反向恢復(fù)損失，支持高頻運(yùn)行。

芯干線XG6510B8采用DFN8*8封裝，可用于PD快充，開(kāi)關(guān)電源，PC電源，電池快充，PFC功率因數(shù)校正，LED電源以及POE電源等。

PFC開(kāi)關(guān)管電流檢測(cè)電阻，采用兩顆100mΩ和一顆75mΩ電阻并聯(lián)。

PFC升壓整流管使用兩顆芯干線碳化硅二極管并聯(lián)，型號(hào)為XD6506F8，是一顆耐壓650V的碳化硅二極管，在135℃下的工作電流為11A，具有零反向恢復(fù)電流，正溫度系數(shù)，易于并聯(lián)操作，支持高速開(kāi)關(guān)，具有低開(kāi)關(guān)損耗以及低散熱需求。

芯干線XD6506F8采用DFN8*8封裝，適用于開(kāi)關(guān)電源，PFC功率因數(shù)校正，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，牽引逆變器和充電樁等。

兩顆PBMUR5JE超快恢復(fù)二極管并聯(lián)，用于在電源上電時(shí)為高壓電解電容充電，消除對(duì)PFC電路的沖擊。

兩顆高壓濾波電容來(lái)自豐賓，規(guī)格均為120μF 450V，用于將PFC輸出的脈動(dòng)直流電濾波，為L(zhǎng)LC級(jí)供電。

另一顆初級(jí)濾波電容規(guī)格同樣為120μF 450V。

LLC半橋兩顆開(kāi)關(guān)管與PFC開(kāi)關(guān)管同一型號(hào)，均為XG6510B8。

兩顆MURS160快恢復(fù)二極管與氮化鎵開(kāi)關(guān)管并聯(lián)，起到續(xù)流作用，提高效率。

小板與諧振電容之間焊接為主控芯片供電的濾波電容，規(guī)格為50V 47μF。

綠色諧振電容特寫(xiě)，來(lái)自JURCC捷威。

諧振電感上貼有標(biāo)簽，標(biāo)注線徑和圈數(shù)，電感量20μH。

LLC變壓器也貼有標(biāo)簽。

輸出同步整流電路一覽，使用兩顆MOS管與同步整流控制器組成LLC同步整流電路。

同步整流管來(lái)自恒泰柯，型號(hào)為HGT041N15S，是一顆耐壓150V的NMOS，導(dǎo)阻3.8mΩ，采用TOLL封裝。

同步整流控制器采用NXP恩智浦 TEA2095，是一顆雙路同步整流控制器，內(nèi)置兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)同步整流管，并支持獨(dú)立工作。并采用自適應(yīng)的柵極器，提高運(yùn)行效率。

輸出固態(tài)電容來(lái)自豐賓，規(guī)格為330μF 63V，四顆并聯(lián)用于輸出濾波。

總結(jié)

這款480W氮化鎵電源功率密度約為1.5W/cm³，可以看到第三代半導(dǎo)體功率器件的應(yīng)用，顯著降低了電源的散熱要求，并縮減了電源的體積。480W的電源尺寸僅與常規(guī)的筆記本電源尺寸相當(dāng)，滿足POE交換機(jī)和USB PD3.1快充應(yīng)用。

這款電源中在PFC升壓開(kāi)關(guān)管和LLC開(kāi)關(guān)管中使用芯干線氮化鎵開(kāi)關(guān)管，型號(hào)為XG6510B8，PFC升壓整流管采用XD6506F8碳化硅二極管。新一代的半導(dǎo)體器件，有效降低損耗，提升轉(zhuǎn)換效率，改善大功率開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的使用體驗(yàn)。