-第79期 -

SILERGY GaN Solution

氮化鎵技術(shù)的出現(xiàn)，通過降低開關(guān)損耗和導(dǎo)通阻抗，提高效率，降低發(fā)熱，減小了快充充電器的體積。為了實(shí)現(xiàn)更高的功率密度并降低外圍器件數(shù)量，矽力杰自主研發(fā)集成度更高的合封氮化鎵芯片，將控制器與氮化鎵器件集成，包含驅(qū)動(dòng)、保護(hù)等功能，支持QR/DCM模式。在傳統(tǒng)初級電路中兩三顆芯片才能實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)如今通過采用矽力杰合封方案，僅由一顆芯片就能完成，大大簡化設(shè)計(jì)，既能夠提升整體方案的性能，也能減少PCB板的占用，縮小尺寸并減少物料成本。

典型應(yīng)用

01

原邊合封GaN芯片

SY50296

SY50296

內(nèi)置GaN FET高頻QR反激式開關(guān)

高效率、高集成：

◆QR+DCM 組合操作模式

◆自適應(yīng) OCP（LPS，有限電源）

◆集成 650V/165mΩ GaN FET

◆可編程柵極驅(qū)動(dòng)器電流

◆VCCH引腳包含 140V LDO

◆開關(guān)頻率范圍：25kHz~500kHz

◆谷底鎖定和 1kHz Burst模式以降低音頻噪聲

◆頻率調(diào)制以降低EMI噪聲

◆內(nèi)部軟啟動(dòng)

◆集成 700V 高壓啟動(dòng)

◆緊湊型封裝：QFN5×7-18

全面的保護(hù)特性：

◆掉電保護(hù)

◆X-cap 放電功能

◆可編程輸出 OVP 和 UVP

◆電流檢測電阻短路保護(hù)

◆內(nèi)部和外部 OTP

SY50296 是一款內(nèi)置 GaN FET 的高頻 QR 反激式開關(guān)，集成了 650V/165mΩ GaN FET，以實(shí)現(xiàn)高效率和高功率密度。SY50296 適用于寬輸出電壓范圍，最大開關(guān)頻率可達(dá)500kHz，可減小變壓器和輸出電容的尺寸。

SY50296 工作在峰值電流模式下，采用 QR 模式，GaN FET 可在谷底開啟以降低開關(guān)損耗（尤其是在高輸入電壓下）。當(dāng)負(fù)載持續(xù)降低時(shí)，SY50296 將進(jìn)入 DCM 模式以降低開關(guān)頻率，提高效率；在輕載狀態(tài)下，SY50296 將進(jìn)入Burst模式以減少功率損耗。

SY50296還提供了全面可靠的功能，包括HV啟動(dòng)、X-cap放電、掉電保護(hù)、輸出OVP和UVP、OLP、VCC OVP、內(nèi)外OTP等。

產(chǎn)品優(yōu)勢

1

SY50296采用專利鎖Ring技術(shù)，重載工作時(shí)能夠鎖定Ring個(gè)數(shù)，不會(huì)出現(xiàn)跳谷底現(xiàn)象，工作穩(wěn)定，減小輸出紋波，降低變壓器帶來的雜音。

2

SY50296采用全新定制封裝。如下圖，在滿足HV和VCCH爬電距離的同時(shí)，頂部整排引腳作為Drain，利于散熱；同時(shí)將芯片底部大面積金屬PAD作為Source，大大提高了散熱性能，而且EMI性能良好。

QFN5×7-18 (頂視圖)

3

DRVset外置電阻可設(shè)定驅(qū)動(dòng)電流，便于EMI調(diào)試；CS串聯(lián)電阻外置，靈活調(diào)整輸出OCP精度；Fmax引腳通過外置電阻可靈活設(shè)定限頻頻率；Fault引腳可實(shí)現(xiàn)外置OVP和OTP，應(yīng)用更方便。

注：推薦SY5238作為副邊同步整流器控制器與SY50296配合使用，實(shí)現(xiàn) ZVS 操作，以獲得更高效率。

02

次級側(cè)控制器

SY5238

SY5238

ZVS反激同步整流器

◆ 用于反激 ZVS 的 SR 負(fù)電流控制

◆ 高效率、高功率密度

◆ 自適應(yīng)柵極電壓控制

◆ 斜率檢測以防止 SR 誤觸發(fā)

◆ 130V DSEN引腳直接檢測SR MOS的漏極電壓

◆ 省電模式提高輕載效率

◆ 雙通道電源供電，適用于極低輸出電壓的應(yīng)用

◆ 緊湊型封裝：DFN 2×3-8

SY5238 是一款與 QR IC 兼容的反激同步整流控制器，用于實(shí)現(xiàn)原邊的ZVS操作。初級側(cè) PWM IC 工作在準(zhǔn)諧振模式。ZVS 控制邏輯幫助初級側(cè) MOSFET 在接近0V 時(shí)開啟以減少開關(guān)損耗，從而最大限度地提高系統(tǒng)效率并實(shí)現(xiàn)高功率密度。SY5238 還采用自適應(yīng)柵極電壓控制以確保安全運(yùn)行。

產(chǎn)品優(yōu)勢

1

SY5238采用高效率反激ZVS運(yùn)行。ZVS可減小原邊開關(guān)損耗，原邊功率管溫升減少，且對輻射有改善作用。

2

相比普通的反激，SY5238的集成度更高且BOM不變。

樣品板

上圖為采用了矽力杰 SY50296+SY5238 GaN解決方案的65W ZVS Type-C便攜式電源適配器設(shè)計(jì)樣品。（在前級有PFC電路時(shí)，SY50296可支持140W和更大功率的應(yīng)用）。該樣品長38mm、寬22mm、高21mm，裸板體積僅有17556mm3，功率密度高達(dá)3.7W/cm3，在保證高性能的同時(shí)，大大縮小了快速充電器的體積。

AC220V 12V時(shí)，不同負(fù)載下的效率對比

AC220V 20V時(shí)，不同負(fù)載下的效率對比

采用SY5238與SY50296搭配使用，在SY5238的ZVS功能開啟條件下，效率有顯著改善。此外，ZVS可以明顯降低SY50296的溫度，提高GaN的可靠性。如下圖，在AC264V滿載條件下增加ZVS后，SY50296溫度可下降36℃。

矽力杰合封氮化鎵方案SY50296+SY5238在集成度、效率等方面相較于市面同類型方案做出了較大改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了化繁為簡，并且提高了系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，在小體積的前提下保持了高性能。矽力杰氮化鎵方案已在多家廠商中實(shí)現(xiàn)規(guī)模化商用，廣泛應(yīng)用于AC-DC適配器、快速充電器等領(lǐng)域中。