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【我是工程师】(样品出来了,快围观)94%+高效超小体积65W笔记本适配器,上GaN了!!!

        工作后就没有发过帖了,这次电源网的比赛实在不容错过,于是,筹划了近一个月,趁周末,把方案定了,原理图、PCB也就水到渠成。

        闲话不多说,如题,这次打算做个超小体积的笔记本电脑适配器,规格如下

           1. 输入范围:90~265VAC/47~63Hz

           2. 输出电压:19VDC/3.42A

           3. 满载目标效率:>94%(输入220V)

                    >92%(输入110V)

           4. PCB体积:<=100*25*25mm

样品图直接放到一帖了:

看看这个体积

两个光耦自动生成标号的时候,part对应错了。。。

和同规格常用适配器对比

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2015-04-11 22:50

整体方案:QR反激+SR

    1. PWM控制IC:NCP1339HDR2GSR

    2. 控制IC:   NCP4305D(感谢ON-Semi伍工提供的样片)

    3. 功率GaN管:TPH3002LD 

    4. 变压器:PQ2020

    5. SR功率管:待定

        要做小体积,开关频率需要提上去是必然的,那么效率就成问题。QR的方案,高低压输入下,满载开关频率接近低压输入下的3倍。在之前的一些尝试中我试过,90V输入下频率做到三十多KHz,220V输入下频率控制在100KHz附近,这样用Cool-Mos+PQ2620的变压器,220V输入下的满载效率做到94%没有问题。然而,体积缩小到要用PQ2020的变压器,频率要再提高接近一倍,硅MOS的效率就不行了,这次用到了GaN管。

        GaN属于宽禁带半导体,电子迁移率远比硅快。由于GaN是常开的,这次用GaN功率管实际是一个低压MOS和一个GaN串联的结构,实测过,相同Rdson的GaN管和Cool-Mos, 在相同驱动电路下,前者的驱动上升时间仅20nS左右,看不到明显的米勒平台,而后者的驱动上升时间超过100ns。

        功率管有了,控制IC也是非常难找。一般的QR,出于EMI考虑,通常会将频率限制在150K以下,在这里,我需要将频率跑上去,不能用。有人问,为什么一定要QR?很简单,为了次级同步整流方便,CCM的SR做起来会比较麻烦。所以,我需要的IC必须还有这些特点:

    1. 最高工作频率最少允许到200KHz

    2. 低待机功耗(<100mW),也就意味着必须内置HV启动

    3. 尽可能低一点的CS过流点(为低压输入下争取一点效率)

    4. CS过流点随输入电压升高而降低,即需要在高低压下有一致性较好的限功率点

        最后翻遍TI、ST、Fairchild、On-Semi、MPS......最后找到了这颗满足了我所有需求的IC,NCP1339H。唯一的遗憾是,Pin脚有点多,外围稍显复杂。

        

        

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2015-04-11 22:50

原理图挂上来

PCB

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2015-04-12 15:38
@rj44444
原理图挂上来[图片]PCB[图片][图片][图片][图片]
周末还有好帖子看。快哉!
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2015-04-12 22:17
@rj44444
整体方案:QR反激+SR  1.PWM控制IC:NCP1339HDR2GSR  2.控制IC: NCP4305D(感谢ON-Semi伍工提供的样片)  3. 功率GaN管:TPH3002LD   4.变压器:PQ2020  5.SR功率管:待定     要做小体积,开关频率需要提上去是必然的,那么效率就成问题。QR的方案,高低压输入下,满载开关频率接近低压输入下的3倍。在之前的一些尝试中我试过,90V输入下频率做到三十多KHz,220V输入下频率控制在100KHz附近,这样用Cool-Mos+PQ2620的变压器,220V输入下的满载效率做到94%没有问题。然而,体积缩小到要用PQ2020的变压器,频率要再提高接近一倍,硅MOS的效率就不行了,这次用到了GaN管。     GaN属于宽禁带半导体,电子迁移率远比硅快。由于GaN是常开的,这次用GaN功率管实际是一个低压MOS和一个GaN串联的结构,实测过,相同Rdson的GaN管和Cool-Mos,在相同驱动电路下,前者的驱动上升时间仅20nS左右,看不到明显的米勒平台,而后者的驱动上升时间超过100ns。    功率管有了,控制IC也是非常难找。一般的QR,出于EMI考虑,通常会将频率限制在150K以下,在这里,我需要将频率跑上去,不能用。有人问,为什么一定要QR?很简单,为了次级同步整流方便,CCM的SR做起来会比较麻烦。所以,我需要的IC必须还有这些特点:  1.最高工作频率最少允许到200KHz  2.低待机功耗(
貌似GaN管不好找吧?
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2015-04-12 23:01
@fly
貌似GaN管不好找吧?
现在应该来说是很好找了,不过价格高。
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2015-04-13 08:17
@电源网-天边
周末还有好帖子看。快哉!
楼主这个机机做得很经典!学习了。
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2015-04-13 09:48
@wenzhenmin168
[图片]楼主这个机机做得很经典!学习了。
果然是酝酿好久后的干货
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2015-04-13 11:56
@电源网-娜娜姐
果然是酝酿好久后的干货[图片]
好贴,点赞~
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michael1
LV.6
10
2015-04-13 12:23
@rj44444
原理图挂上来[图片]PCB[图片][图片][图片][图片]
你这个成本可不低呀!
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sabrina9988
LV.7
11
2015-04-13 12:39
功率管选什么参数的?
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祖韩
LV.7
12
2015-04-13 13:55
@sabrina9988
功率管选什么参数的?
9A600V的。上传这个管子的PDF,方便大家了解TPH3002PD 0.29ohm TO-220.pdf
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2015-04-13 14:49
@wenzhenmin168
[图片]楼主这个机机做得很经典!学习了。
已发出去做了,期待结果!
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2015-04-13 14:51
@michael1
你这个成本可不低呀!

对,定位为高端小体积适配器。

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2015-04-13 14:51
@祖韩
9A600V的。上传这个管子的PDF,方便大家了解TPH3002PD0.29ohmTO-220.pdf
 就是这颗,不过用的贴片,power8*8
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2015-04-13 14:52
@电源网-娜娜姐
果然是酝酿好久后的干货[图片]

时间比较紧张,发个帖不容易。。。

 

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2015-04-13 14:55
@电源网-璐璐
好贴,点赞~

电源网新来的mm吗

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祖韩
LV.7
18
2015-04-13 15:49
@rj44444
[图片] 就是这颗,不过用的贴片,power8*8
主要参数应该差不多的。搞出来了麻烦给个数据欣赏
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2015-04-13 16:00
@祖韩
主要参数应该差不多的。搞出来了麻烦给个数据欣赏

嗯。我也比较期待。

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2015-04-14 09:51

哈哈,此贴已经被推荐到微信原创技术,请扫码查看

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2015-04-14 09:54

帮顶帖

帖子收录到社区经典  http://www.dianyuan.com/bbs/classic/

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szadapter
LV.5
22
2015-04-16 02:35
@rj44444
嗯。我也比较期待。
楼主,产品样品出来了吗?  东西看着不错
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cwh0221
LV.1
23
2015-04-16 10:22
@szadapter
楼主,产品样品出来了吗? 东西看着不错
做出来体积比原来的小多少?
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2015-04-16 10:53
@cwh0221
做出来体积比原来的小多少?

你原来是多少?我现在的是PCB尺寸 93*25*25

 

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2015-04-16 10:54
@szadapter
楼主,产品样品出来了吗? 东西看着不错
还没有,今天拿到pcb了,找时间做
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2015-04-18 14:05
当前已简单通电测试,功能正常,从过流点看,效率和预期值应该不会有多大出入。
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ruohan
LV.9
27
2015-04-19 16:27
@rj44444
当前已简单通电测试,功能正常,从过流点看,效率和预期值应该不会有多大出入。

 功率器件的突破对电源来说又是一次重大突破,

低压30多K的频率,变压器用PQ2020有点小了,,,

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2015-04-19 18:30
@ruohan
 功率器件的突破对电源来说又是一次重大突破,低压30多K的频率,变压器用PQ2020有点小了,,,
这个低压是60K。
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2015-04-19 21:33
@rj44444
这个低压是60K。

强,能做的那么小实在强悍,不过我是比较关心温度,希望群主能测下各个功率器件的温升情况,而且感觉EMI部分是过不了的,不知道测试过没有,还是设计的时候没有考虑这部分

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2015-04-19 22:02
@wangchuangwccc
强,能做的那么小实在强悍,不过我是比较关心温度,希望群主能测下各个功率器件的温升情况,而且感觉EMI部分是过不了的,不知道测试过没有,还是设计的时候没有考虑这部分
都还没有来得及测。EMI是有调整空间的,470nF的X电容加上两级共模电感,另外还留了差模电感的位置,搞定应该不会很难。温度目前比较担心同步管,因为现在100V/8m欧的电压应力不够,要换150V的,Rdson会增大,其余的不会有多大问题。
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musyer
LV.4
31
2015-04-21 08:21
@rj44444
都还没有来得及测。EMI是有调整空间的,470nF的X电容加上两级共模电感,另外还留了差模电感的位置,搞定应该不会很难。温度目前比较担心同步管,因为现在100V/8m欧的电压应力不够,要换150V的,Rdson会增大,其余的不会有多大问题。
看来大家担心的都是温度和EMI啊
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