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必易微“第二代”GaN 快充解决方案 KP2208X——细节拉满,闪亮登场
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必易微“第二代”GaN 快充解决方案 KP2208X——细节拉满,闪亮登场

2023-08-14 14:27:12 来源:哔哥哔特商务网 作者:必易微 点击:4127

产品简介

KP2202/KP2206X 系列产品为必易微“第一代”GaN快充解决方案,拥有 500kHz 最高工作频率、QR 谷底锁定、GaN 直驱、驱动速度可调、双绕组供电、过流点准等诸多亮点,并成功应用在酷科 Lighter、联想饼干、Mophie 迪士尼联名款等多款快充产品中。

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必易微顺应市场需求不断推陈出新,在今年隆重推出了“第二代”GaN 快充解决方案 KP2208X。它不仅保留了 KP2206X 系列的优质基因,同时带来更简洁的脚位、更好的细节处理和更实惠的价格:

1.谷底锁定,锁住能效、赶走噪声

2.最高工作频率 130kHz 和 220kHz 两档可选,更多设计空间

3.轻载 SR 应力优化,更多裕量、更多安心

4.驱动电流四档可选,EMI 裕量和效率裕量可灵活转化

5.定制 ESOP-7 封装,接近 SOP-8 的成本、媲美 DFN5*6 的散热能力

6.集成完备的保护功能

此外,KP2208X 内置的依旧是英诺赛科高压 E-Mode GaN,其性能和品质已经被行业高度认可。

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KP2208X 典型应用框图

KP2208X 亮点展示

1、谷底锁定,锁住能效、赶走噪声

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KP2208X 在 Low Line 下最多锁定 5 个谷底,在 High line 下最多锁定 6 个谷底。在高频设计下,谷底锁定功能可以防止谷底跳动,避免噪声,同时带来最优的转换效率。此外,谷底锁定也是搭配 ZVS SR 的必须功能;借助副边 SR 来实现 ZVS 开通,QR 反激的设计频率、效率和 EMI 性能都能得到显著的提升。

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ZVS SR 基本原理

2、最高工作频率 130kHz 和 220kHz 两档可选,更多设计空间

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KP2208X 最高频率配置

KP2208X 复用 CS 管脚以设定系统最高工作频率,CS 管脚连接如上图所示。芯片启动时,KP2208X 通过检测 RSEL 电阻从而决定芯片最大工作频率。设定不同的 RSEL 电阻值即可选择两档不同的系统工作频率上限。选档判定结束后系统锁定,每一次启动都伴随一次判定。推荐的 RSEL 电阻值与最大工作频率的关系见下表。

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3、轻载 SR 应力优化,更多裕量、更多安心

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一般 QR 反激 SR 应力表现

在一般的 QR 反激电源系统中,SR MOSFET 在空载条件下的电压应力反而高于重载,导致 SR 电压应力裕量不足;如上图所示,空载 SR 电压应力达到了 94.8V,选用 100V SR MOSFET 应力裕量不足。这是因为满载工作时,原边 MOSFET 在振荡谷底开通,开通点 Drain 电压为 Vbus-N*Vo*k (其中 k<1);而空载工作时,原边 MOS 开通点 Drain 电压为 Vbus。原边 MOS 开通时反激电源的寄生振荡等效于二阶 LC 谐振模型,原边 MOS 开通点 Drain 电压越高,相当于给二阶 LC 模型更大的阶跃输入;SR 的电压应力可等效于对阶跃输入的响应,输入越大,电压应力也越高。

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KP2208X 优化轻载 SR 电压应力的原理

如上图所示,KP2208X 在轻载时,自动调慢了原边 GaN 的驱动电流,使得 SR MOSFET 在轻载的电压应力降低,同时又不至于影响满载的效率。

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上表展示了 33W 快充电源的应力测试结果,在 265Vac 输入、20W 输出的条件下,SR 在空载的电压应力只有 81.6V,在满载的电压应力是 90.8V。

4、驱动电流四档可选,EMI 裕量和效率裕量可灵活转化

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KP2208X CS 负压采样

为了保障 GaN FET 工作的可靠性和高系统效率,KP2208X 内置了高精度、高可靠性的驱动电路,驱动电压为 6.2V。KP2208X 的 CS 采用负压采样,电流采样电阻 Rcs 在 GaN 驱动回路之外,GaN 的驱动电压更加稳定、可靠!

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EMI 性能为高频 AC-DC 转换器的设计难点,为此 KP2208X 通过 DEM 管脚集成了驱动电流分档配置功能。如上表所示,通过配置 DEM 管脚分压电阻值,可以选择不同档位的驱动电流,进而调节 GaN FET 的开通速度,系统设计者可以获得最优的 EMI 性能和系统效率的平衡。

其中,档位 2 轻载时候驱动电流不会自动调节,档位 1、3、4 轻载时驱动电流自动变小以优化 SR 的电压应力。

5、定制 ESOP-7 封装,接近 SOP-8 的成本、媲美 DFN5*6 的散热能力

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必易微定制的 ESOP-7 封装,更适合集成 E-Mode GaN,散热能力媲美 DFN5*6,价格则有潜力跟 SOP-8 做到接近。上表是以 33W 快充作为验证平台,对比 ESOP-7 和 DFN5*6 的温升,可以看到两者的温升非常接近。

6、集成完备的保护功能

KP2208X 还集成完备的保护功能,包括:VDD 欠压保护、VDD 过压保护、输入欠压保护 (Line BOP)、输出过压保护 (OVP)、逐周期电流限制 (OCP)、异常过流保护 (AOCP)、过载保护 (OLP)、输出过流保护 (SOCP)、内置过热保护 (OTP)、CS 管脚开路保护等。

当输入电压低于额定 90Vac 输入规格时,电源有可能还会继续工作,此时电源的热应力和电流应力会高于额定输入条件,有损坏的风险。KP2208X 集成的 Line BOP 保护,可以保证 GaN 的电流应力不超过 Maximum rating,从而保证 GaN 的可靠工作。

KP22083 33W 方案展示

下面展示了 KP22083+KP40611 33W Demo 方案:

 

支持 PD 3.0 和 QC 3.0 协议

输出规格:5V3A/9V3A/11V3A/12V2.5A/15V2A/20V1.5A

Demo 尺寸:26.5mm×26.5mm×25mm

待机功耗 <30mW

EMI 满足 EN55022B Class B,>6dB 裕量

ESD 满足 IEC61000-4-2,接触 9kV/空气 16kV

Surge 满足 IEC61000-4-5,差模 1.5kV/共模 2.5kV

 

方案展示

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性能展示

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效率展示

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输出过载保护功能展示

上图中所示的输出过载保护,是从协议芯片前面、输出电容上拉负载,展示 KP2208X 自带的 OCP 功能,5V、9V、11V 和 12V 输出时 OCP 为 3.5A 左右,15V 和 20V 输出时 OCP 是 2.2A 左右。这个功能相当于给快充电源上了双保险,即便协议芯片故障,快充电源仍然符合 LPS 标准。

总结

必易微深耕 AC-DC 已经 9 年有余,坚持以务实的作风打造产品、服务客户。KP2208X 是“第二代”GaN 快充方案,我们会不断地超越自我,追求极致,致力于为行业提供更好的电源 IC 解决方案。

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彩蛋

预告:必易微即将推出高频 GaN PSR 方案 KP2360X!最高工作频率 130kHz,谷底锁定功能,集成 Line BOP,目标功率 18~65W!敬请期待!

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