MPS推出单芯片初次级合封氮化镓快充控制器MPX2003

2021-04-06 22:59:29      552 浏览    作者:菲一般

氮化镓(GaN)手机快充方案


氮化镓(GaN)是一种高电子迁移率晶体管(HEMT),意味着GaN器件的临界电场强度大于硅。对于相同的片上电阻和击穿电压,GaN的尺寸更小。GaN还具有极快的开关速度和优异的反向恢复性能。

一、氮化镓(GaN)器件介绍:


GaN器件分为两种类型:
耗尽型:耗尽型GaN晶体管常态下是导通的,为了使它截止必须在源漏之间加一个负电压。
增强型:增强型GaN晶体管常态下是截止的,为了使它导通必须在源漏之间加一个正电压。
GaN VS MOSFET:
他们的关键参数都是导通电阻和击穿电压。GaN的导通电阻非常低,这使得静态功耗显著降低,提高了效率。GaN FET的结构使其输入电容非常低,提高了开关速度。意味着GaN具有更高的效率,并可以使用更少的电磁学和被动元件。
二、手机快充介绍:
能在极短的时间内(0.5-1Hr)使手机电池达到或接近完全充电状态的一种充电方法。


实现手机快速充电方法:
1.电压不变,提高电流;
2.电流不变,提升电压;
3.电压、电流均提高。
手机快速充电技术目前分为“高压小电流快充”和“低压大电流快充”两种方案。VOOC闪充和Dash闪充属于后者“低压大电流快速充电”。快速充电对手机电池的寿命没有影响,现在的电池都可以承受大电流。
三、氮化镓(GaN)快充:
氮化镓(GaN)快充在已有的快充技术上通过改用氮化镓(GaN)核心器件,将手机快速充电器做到功率更大、体积更小、充电速度更快。


氮化镓(GaN)快充方案包含两个部分,充电器部分和电源管理部分
充电器部分:充电管理芯片根据锂电池充电过程的各个阶段的电器特性,向充电器发出指令,通知充电器改变充电电压和电流,而充电器接收到来自充电管理系统的需求,实时调整充电器的输出参数,配合充电管理系统实现快速充电。


电源管理部分:相应的芯片置于移动智能终端内,有独立的电源管理芯片,也有的直接集成在手机套片中,电源管理芯片对锂电池的整个充电过程实施管理和监控,包含了复杂的处理算法,锂电池充电包括几个阶段:预充阶段、恒流充电阶段,恒压充电阶段、涓流充电阶段。


2021年1月,MPS针对大功率PD快充市场推出了集成LLC控制和PFC控制器的合封芯片HR1211,让氮化镓快充正式进入数字时代!

搭载MPS HR1211数字芯片的大功率快充已经大批量上市,如IDMIX 100W氮化镓快充、MOMAX 100W氮化镓快充、征拓100W氮化镓快充,均可在各大线上渠道购买。

业界独创:MPS推出单芯片初次级合封氮化镓快充控制器MPX2003-充电头网

在3月26日举办的2021(春季) USB PD&Type-C亚洲展上,MPS带来了《MPS快充方案----更可靠,更智能,更高效》主题演讲,并发布了旗下另一个高集成快充电源芯片系列MPX2002/3。该系列芯片创新性的将初次级控制器合封在一颗芯片内,大大简化了外围电路设计,为实现快充电源的小型化提供了全新的思路。

以下是对本次发布会PPT的详细解读:

业界独创:MPS推出单芯片初次级合封氮化镓快充控制器MPX2003-充电头网

MPS在本次展会上推出了全功率段充电器解决方案,让充电器更高效,更智能,更可靠。

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MPS公司于1997年创立于硅谷,2004年于美国纳斯达克上市,中国运营总部在成都,2020年度营收为55亿人民币,全球员工人数在2200人以上,在云计算、汽车、工业和消费类电子等领域共有4000多种产品。

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MPS推出了一系列AC/DC充电器解决方案,用于65W快充方案的反激多合一方案MPX2002/3,同步整流MP6908、MP9989、MP697X。用于100W适配器的PFC+LLC二合一控制器HR1211,PFC+反激的MP44060+MPX2003组合,以及同步整流控制器MP6925、MP6908。用于120W以上电动工具充电器的LLC控制器HR1001。用于300W以上电动自行车的充电器的PFC+LLC二合一控制器HR1211和同步整流控制器MP6925。

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MPX200X多合一反激控制器系列产品。在2016年,MPX2001已经发布,反激+同步整流,并且具有4.5kVac绝缘,通过UL1577和IEC62368标准,采用SOICW20封装。

现在,第二代产品MPX2002/3已经进入样品阶段,支持CCM&QR多模式,无音频噪音,工作频率最高支持70/140kHz,空载功耗低于30mW,采用SOICW16/T封装。MPX2005还在设计中,支持250kHz工作频率,将是氮化镓的理想搭配。

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MPX2003多合一反激控制器支持高达4.5kVac的隔离,全部产品经过测试。支持CCM&QR多模式工作,空载功耗低于30mW,在任何工作状态下都可提供可靠的同步整流,具备完整的保护特性,并提供SOICW16和SOICW16T封装。

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传统方案需要反激控制器、光耦、电压基准和同步整流控制器四颗IC,而使用MPX2003单IC方案,集成了初级控制器和同步整流控制器。简化了设计,减小了占板面积,降低待机功耗,增强可靠性,无需光耦反馈,防止光耦在高可靠性环境出现老化。特别在CCM运行模式下能够实现更高精度的同步整流控制。

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MPX2003在轻载和中载时以PFM(脉冲频率调制)模式运行,满载时转入QR/CCM(准谐振/连续)模式运行,并且QR和CCM可以根据工作状态自动切换。另外,MPX2003可以保证最大频率点在满载状态,更加有利于变压器的设计。

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MPX2003与其他方案对比,高精度的同步整流关断及时,减小脉冲尖峰电压。

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MPS展出基于MPX2002与MPX2003的两款65WPD适配器样品,其中MPX2002工作频率65kHz,体积为45*46*25mm³,MPX2003工作频率为130kHz,体积为42*43*23mm³。

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MPX2003只需要使用标准品RM8的磁性和0.38ohm的MOSFET,就可以轻松在115VAC和230VAC输出的转换效率均高于CoC V5 Tier2要求。

业界独创:MPS推出单芯片初次级合封氮化镓快充控制器MPX2003-充电头网MPX2003芯片特写

业界独创:MPS推出单芯片初次级合封氮化镓快充控制器MPX2003-充电头网 基于MPX2003开发的65W快充DEMO正面

业界独创:MPS推出单芯片初次级合封氮化镓快充控制器MPX2003-充电头网 基于MPX2003开发的65W快充DEMO背面

业界独创:MPS推出单芯片初次级合封氮化镓快充控制器MPX2003-充电头网

HR1211是数字化PFC+LLC二合一控制器第二代成熟产品,2016年推出的HR1200采用了数字PFC控制器和模拟LLC控制器,采用SOIC/TSSOP28封装,是市场上第一颗数字集成PFC和LLC的控制器,可通过图形界面编程,PFC采用专利的DCM/CCM混合控制。

HR1211的PFC和LLC控制器全部采用数字控制,采用SOIC/TSSOP20封装。LLC采用电流模式控制,可获得更好的瞬态和稳定性,同时提升了轻载下的性能,空载损耗<100mW。此前已经对其进行了深入的视频解读。

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HR1211全部功能和参数均可使用图形界面通过UART接口进行数字编程控制,空载功耗低于100mW,5W输出功率效率高于80%,0.5W输出效率高于65%。支持全部保护功能以及独立定制化的保护功能。

PFC级集成高压启动和X电容放电,采用CCM/DCM混合控制,开关频率可编程,最高工作频率250kHz,自适应的母线电压,支持两级数字控制环路补偿。

LLC级集成600V高侧驱动器和自举二极管,采用电流模式控制,支持专有的突发和跳跃工作模式,支持自适应的死区时间和容性模式保护。

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MPS HR1211通过输出功率计算出峰值电流和谷值电流,根据谷值电流切换CCM和DCM工作状态。

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电压模式和电流模式系统效果对比,以100KHz为例,电压模式得到3KHz带宽,电流模式可轻松得到更高带宽,在相同带宽下,电流模式具有更好的稳定性。

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HR1211在电流模式的基础上,加入了跳周期和Burst模式,来满足轻载下的高效率要求。通过跳周期来降低等效开关频率,减少开关损耗。跳周期时间可通过数字配置,保证在音频噪声外。极轻载模式下,Burst模式可进一步最小化开关频率,实现轻载高效的状态。

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进入Burst模式以后,可通过调节进出负载点进行轻载效率和音频噪音的平衡。另外HR1211提供Burst模式的控频功能,可设置频率范围为1KHz以下,避开人耳敏感点,有效缓解噪音。

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HR1211可以通过图形化用户界面进行非常详细的配置,如PFC、LLC、控制功能配置,系统功率和保护状态监控。使用HR1211数字芯片,可在任何阶段进行参数调整,从研发到成品。HR1211还具有密码设置,通过密码保护芯片内部参数,没有密码无法读取内部配置参数,从根本上杜绝抄板。

基于HR12系列的产品,涵盖85W笔记本电源,100W PD适配器、400W台式机电源、570W服务器电源、600W充电器等。得益于数字控制的灵活性,支持CCM和DCM的PFC,电流模式的控制LLC,可实现非常优秀的系统稳定性,覆盖不同功率的设计。

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MPS的反激同步整流控制器一览,具有非常丰富的选择。MP6908无需辅助线圈,支持斜率检测,超低工作电流。MP6908S为高频率PD应用优化,MP6980具有更好的散热效果,MP6908A支持500kHz工作频率,可用于GaN,MP6908L专为65kHz频率优化,MP6909为低侧同步整流专用。

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以MP6908为基础,MPS还提供一系列集成功率管的同步整流方案,最高支持到5A的输出电流。

截止到目前,MPS旗下的MP6908系列同步整流芯片,已经累计出货过亿颗,并且获得联想、戴尔、惠普LG、小米、谷歌等国际一线品牌广泛采用和认可。

得益于MPS在AC-DC多年的技术沉淀,HR1211数字芯片一战成名,即将面市的反激多合一方案MPX2002/3,也备受业界关注。



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