重塑電動工具快充市場,PI最新快充設計揭秘,全面分析解讀!

2024-05-08   充電頭網

原標題:重塑電動工具快充市場,PI最新快充設計揭秘,全面分析解讀!

前言

為了滿足市場不斷增長的大功率快充電源應用需求。Power Integrations(以下簡稱:PI)推出一款全新的PFC+LLC架構,採用高效准諧振PFC控制器HiperPFS-5以及LLC晶片組合HiperLCS-2,基於此架構開發出的電源產品可實現高達240W的輸出功率。

這足以應對當下USB PD3.1快充標準中最高240W的輸出應用,並且該套方案在保證高效率的同時,還能實現精簡的外圍電路設計,為大功率USB PD快充充電器以及其他大功率電源產品應用提供了高性能解決方案。

充電頭網拿到了PI基於此架構開發的一款220W電動工具大功率快充參考設計,現對該設計進行了深入的剖析和解讀。

PI 電動工具大功率快充參考設計

PI這款電動工具大功率快充參考設計基於全新的PFC+LLC架構,可在保證高效率的同時,還能實現精簡的外圍電路設計。

PI 電動工具大功率快充參考設計正面特寫。

PI 電動工具大功率快充參考設計底面PCB板特寫,可以看到元件數量精簡。

實測的該方案重326g。

整體長度(包括接線柱)實測得179mm。

PCB板長度為161.98mm。

寬度為70.57mm。

厚度約為29.22mm。

外觀看完,接下來看看這款方案所使用到的晶片。

PFC控制器來自PI,型號為PFS5178F,是PI HiperPFS-5家族中的一員,採用PI專有的 InSOP-T28F 封裝,具有良好的散熱性能和高集成度,晶片內部集成 750V 氮化鎵和控制器,可在寬負載情況下提供高功率因數和高效率。

PFS5178F在10-100%負載下效率均超過98%,待機功耗小於40mW,自帶X電容放電、可選的分段式升壓功能及電源好(POK) 信號輸出,晶片採用數字控制,內置完善的保護功能,提高了可靠性、功率因數校正和效率的表現。可以應用於USB PD快充、PC電源、LCD螢幕電源等領域。

獨立半橋功率晶片來自PI,型號為LCS7265C,是HiperLCS-2晶片組之一,內部集成600V FREDFET、上管和下管的驅動器、無損耗的電流檢測,採用PI經典的InSOP-24超薄封裝。

其內的隔離控制晶片同樣是HiperLCS-2晶片組之一,型號LSR2000C,提供了FluxLink隔離反饋、輸出檢測以及同步整流管理,支持多種保護機制,內置防止「共通」機制、短路檢測、過流、輸入過欠壓保護等。支持次級側控制,具備快速的動態響應,穩壓精度在負載範圍及動態負載期間可維持1%。

HiperLCS-2晶片組採用PI經典的InSOP-24超薄封裝,相較於傳統的分立方案,簡化了LLC電路設計,外圍元件數量減少40%;同時也獲得了高達98.1%的滿載效率,並擁有小於50mW的空載功耗以及全面的保護功能。

得益於這種高集成、高效率架構,在設計大功率電源時可以無需使用散熱片,同時也能滿足PC電源80 PLUS鈦金標準要求。

二極體來自威世,型號VS-5EWH06FN,可最小化開關損耗並減少開關元件和阻尼電路中的過度耗散。

VS-5EWH06FN詳細資料。

同步整流管來自AOSMD,型號AONS66614。

整流二極體來自Diodes,型號B180B,採用保護環磨具結構,可提供瞬態保護,適合自動化組裝,具有低功耗、高效率的特性,符合AEC-Q101標準,可靠性高。

充電頭網總結

在快充電源領域,大功率快充已經成為了市場的未來發展趨勢,尤其是掌握著主流快充標準的USB-IF協會發布了USB PD3.1快充標準,可實現最大240W的充電功率。

為了應對大功率電源的應用需求,PI推出了這套高性能的PFC+LLC電源方案,其中PFC功率因數校正部分採用了一顆晶片HiperPFS-5,內部集成PowiGaN功率器件,相較於傳統分立器件方案集成度更高,外圍器件更少,且可讓升壓電感尺寸縮小一半以上。LLC諧振和同步整流部分採用了HiperLCS-2晶片組,將控制器集成到一顆晶片中,功率半橋集成在另外一顆晶片中,與傳統方案相比減少了40%的元件數量。

HiperPFS-5和HiperLCS-2晶片組擁有極高的轉換效率,二者搭配使用,綜合滿載效率可達到95% 以上。外圍精簡和高效率都將有助於實現大功率、小尺寸電源設計,為未來大功率快充電源開發提供了全新的方案選擇。