QR-Lock控制技术的65W GaN高集成快充套片

导读

本期，芯朋微技术团队为各位fans分享原副边全集成的65W快充方案，该方案由PN8783、PN8307P套片组成，PN8783具有卓越的环路稳定性、高功率密度、低待机功耗等明显优势。PN8307P采用自适应死区控制，支持反激变换器的DCM/QR工作模式，实现同步整流。

下面将为大家揭晓方案规格、线路图纸、变压器设计、测试数据及应用要点。

1►芯片介绍

PN8783内置高性能700V GaN FET，典型转换效率大于93%；采用QR-Lock控制技术，大幅提高环路稳定性；最高支持500kHz工作频率，可以有效减小变压器及输出电容体积，显著提升充电器功率密度；内置800V高压启动管，待机功耗轻松满足75mW；同时具有优异全面丰富的保护功能。

PN8307P内置100V/7mΩ智能MOSFET，快速关断+自适应死区控制提高MOSFET Rdson利用率，显著降低温升，专利轻载模式可降低待机功耗，具有超高性价比。

2►DEMO实物图

小尺寸设计：51mm(L)X29mm(W)X20mm(H)

输出规格：5V3A，9V3A，15V3A，20V3.25A

高效率：满载效率94.0%（230V），满足CoC V5 Tier2能效规范 

低待机功耗：小于75mW

宽供电范围：支持PD3.0协议

3►原理图（功率部分）

4►变压器

电气规范:

初级绕组电感量 (Lp) =320±5%uH @10kHz

电气绝缘= 3kV, 50/60Hz,1分钟 (pins1~6 to pins A~B)

5►为什么锁谷底QR-LOCK技术的工作频率更高？

PN8783采用的精准锁谷底QR-Lock技术， 工作频率可达到500kHz，显著提高充电器的功率密度。相比传统QR技术，为什么锁谷底QR-LOCK技术的工作频率更高？其原理说明如下：

反激变换器工作在DCM/QR模式，输出功率由下式决定：

一个开关周期由导通时间Ton、消磁时间Tdmg和振荡时间Tosc组成，其表达式如下：

其中N为谷底数，大于等于1。

综合①、②式，可得

对于市面上常见普通QR，因谷底不锁定，开关频率受Tosc影响显著，上图参数举例如下：平均开关周期为7.95us(126kHz，第二谷底QR)，振荡周期为1.5us，增加一个谷底则开关频率降低27.8kHz，减少一个谷底则开关频率增加56.7kHz。因此，为满足最高频率限制，市面上常见普通QR的平均开关频率相对不高。

对于PN8783所采用的精准锁谷底QR-Lock技术，在一个负载点附近开关频率仅受Ipmax影响，可近似等效为定频控制。因此，精准锁谷底QR-Lock技术相比传统QR，整体工作频率更高、环路稳定性更佳。

6►测试数据

1转换效率

2空载待机功耗

3功率管应力测试

PN8783

测试条件：

VIN=264Vac，Vout=20V3.25A

测试结果：Vds_MAX = 589 V

判断标准：通过，小于700V限制

PN8307P

测试条件：

VIN=264Vac,，Vout=20V3.25A

测试结果：Vds_MAX = 83.5 V

判断标准：通过，小于100V限制

4磁芯元件饱和测试

VIN=90Vac/60Hz，20V3.25A  

VIN=264Vac/60Hz，20V3.25A 

5负载动态响应

VIN=90Vac/60Hz, 5V

VIN=264Vac/50Hz, 5V

VIN=90Vac/60Hz, 20V

VIN=264Vac/50Hz, 20V

6开机延迟时间

判断标准：通过，小于2s

VIN=90Vac/60Hz，5V0A

VIN=264Vac/50Hz，5V0A

7温度测试(常温测试)

Vin=90Vac，Vout=20V，Iout=3.25A

Vin=264Vac，Vout=20V，Iout=3.25A

7►EMC测试

● EMI传导、辐射满足EN55032 Class B标准要求，裕量均大于6dB

● ESD满足IEC 61000-4-2，8kV/15kV等级要求

● EFT满足IEC 61000-4-4: 2004，4kV等级要求

● Surge满足IEC 61000-4-5:2005，2kV等级要求

● 交流绝缘满足3.75kVac要求

8►应用要点

（1）为了提高系统ESD能力，PN8783供电二极管串联电阻R，R推荐值3.3Ω；PN8307P VDD引脚放置RC滤波，R推荐值10-22Ω， C推荐值0.1μF；

（2）系统最大工作频率通过PN8783 FSET引脚外接电阻RFSET设置；

（3）PN8783所有CS引脚外部用铜箔相连；

（4）PN8783 DMG引脚上的上偏电阻R1和下偏电阻R2可以实现线电压OCP补偿，输出OVP以及QR检测功能，设置依据如下：

（5）为了提高输出电压采样稳定性；PN8783 DMG引脚下偏电阻R2并联电容C，C推荐值10pF；

（6） PN8783芯片散热焊盘位置加导热过孔通过双面铜箔散热，并建议连接到GND。

审核编辑：汤梓红