意法半导体推出3款基于VIPerGaN的快充解决筹划

如今，天下正面临着非同平凡的寻衅，保护地球不是选择而是势在必行。
半导体生态系统承载了引领和推动快速创新的主要义务。

作为可持续发展的主要推动者，意法半导体武断承诺，肩负任务，积极参与可持续展创新。
通过意法半导体优化智能（数字化）、能源及电力转换来促进生产可再生能源、实现更高能效。
同时，我们以前沿的产品及方案为碳减排开道，加速碳中和目标的实现，打造一个可持续发展的未来。
通过本次峰会，意法半导体将与您共同探索前沿电力转换和能源办理方案，实现电力运用的更高能效，促进可再生能源发展。

本次峰会上意法半导体研发（深圳）有限公司运用工程师刘品为大家带来了《基于VIPerGaN的快充办理方案》的精彩演讲。
本次演讲分为4个部分，分别是ST VIPer系列先容、集成式GAN芯片的上风、VIPerGaN性能先容、方案关键测试结果。
接下来让我们进入本次演讲的第一部分ST VIPer的系列先容。

以上是 VIPerPlus 系列的产品线，是意法半导体针对电源领域开拓的产品。
VIPerPlus 系列的产品经由二十多年的迭代更新，加之长期与客户进行产品的磨合与调试，得到更高的可靠性和稳定性，同时丰富了VIPerPlus 系列产品线的矩阵。

经由多年景长，VIPerPlus 系列的产品也引入了氮化镓技能加持，研发出新一代的VIPerGaN产系列产品，得益于氮化镓技能高效、高功率密度的特点，将VIPerGaN产系列产品的功率上限提升到了100W，得到更广泛的运用空间。

VIPerGaN是一款高集成的氮化镓芯片，拥有前辈的PWM掌握器和650V GaN 功率管，集成了高压启动功能、空载损耗小于30mW、自适应动态消隐韶光和可调度的谷底同步、自适应打嗝模式等，还拥有完善的保护功能，开关频率高达240kHz。
是一颗高效率、高功率密度的芯片，采取QFN5x6封装工艺，有效优化PCB板的布局空间和减少外围元器件，得到更好的EMI表现，该方案在知足能效哀求的同时还拥有较低的 BoM 用度，十分适宜充电器及适配器、家电、空调、消费品等领域的厂商运用。

集成GaN芯片的好处是，在芯片内部实现了氮化镓的直驱，通过合封方案，进一步减少因外部走线导致的寄生参数，从而减少寄生振荡对高频开关的影响，最大程度上抑制了氮化镓受滋扰的问题，比较分离式GaN办理方案，拥有更多上风。

以上是VIPerGaN的引脚分布图，从图中可以看到VIPerGaN的管脚非常少，但是功能配置十分丰富和灵巧，不同引脚可以实现不同的功能，拥有完善的保护功能。

VIPer系列的产品根据输入 OVP/BRin-out 设置，在输入电压不定的情形下拥有更高的可靠性。
Brown-in 保护功能是用于定义最小的输入起机电压时，电压高于设定电压时，芯片才会发出PWM驱动；Brown-out 用于定义输入关机电压时，电压低于设定的电压，芯片会关闭驱动，从而起到保护产品的浸染；输入OVP保护功能在输入母线电压过压的时候起到保护变换器的浸染。
如果用户无需采取此功能，直接对地短接即可。

动态消隐韶光的好处。
为了提高高压输入的效率，降落高压输入时的开关频率，意法半导体在方案中增加了动态消隐韶光可调的功能，如图所示，增加后对付结温、开关损耗等均有不同程度的优化。

VIPer系列的产品拥有动态消隐韶光和谷底同步功能。
驱动开通的延迟韶光可以通过外围电阻调节以达到准确的谷底开通。
QR模式反激变换器的开关频率会随着输入电压升高而增大，VIPERGAN50可以通过动态消隐韶光限定高压输入情形下的最大事情频率。
实现在不同负载和不同输入电压情形下最大程度降落开关损耗，提高效率。

输出OVP紧张通过检测ZCD脚的电压和与内部的基准进行比较，判断是否过压。
为了避免管子关断时候的瞬时尖峰导致误判断，电压检测会在管子关断延迟一段韶光后窗口内完成。
如果电压采样超过了内部参考VOVP(2.5V范例值)，功率管停滞事情。

为了进一步防止噪声滋扰造成的意外触发保护，OVP比较器必须连续4次触发芯片才会做出应答一旦OVP保护被触发，功率管停滞事情，VDD周期性的重新复位，并等待TRESTART(1秒 范例值)韶光过后检讨VDD是否达到开机电压VDD-ON，达到条件后软起动开机。

过载保护功能。
当过载或者短路的情形下，检测到电流超过IDLIM 累计TOVL(50ms 范例值）韶光后，管子停滞事情并坚持TRESTART韶光(1 sec 范例值)。
在此过程中VDD周期性的重新复位，TRESTART 韶光过后，如果供电知足条件，功率管重新软启动。
打嗝模式一贯持续直到过载工况消夫。

以上是45W QR模式反激式变换器，运用了VIPerGaN50的办理方案。
QR 掌握器采取VIPERGAN50，SR 掌握器采取SRK1001，同步整流采取STL100N10F7，PD 掌握器采取STUSB4761组成的方案。
支持90V~264V的宽幅输入和5 VDC~20 VDC的输出，支持USB-PD协议，最大功率为45W。
该方案拥有非常紧凑简洁的PCB布局，有效减鄙吝件数量，非常适宜厂商运用开拓。

以上是45W QR 模式反激式变换器主拓扑电路框图，从图中可以看到，该方案的外围器件非常少，电路非常简洁。

如图所示，运用了VIPerGaN50的办理方案，QR掌握器自带自适应的调度机制，在不同输出情形下，选择不同事情模式，无论在什么模式下，都实现了氮化镓的谷底开通。
在轻载时事情在 Valley skipping 及 Burst 式，以提高轻载效率。

以上是45W USB PD适配器进行115Vac 输入效率测试的曲线图，知足DoE 6级 & CoC 二级能效哀求。

以上是45W USB PD适配器进行 230Vac 输入效率测试的曲线图，同样知足DoE 6级 & CoC 二级能效哀求。

45W USB PD适配器效率曲线的10%负载时效率和4点均匀效率比拟图，比拟的是45W USB PD适配器的115Vac输入和230Vac 输入情形下、与EU COC Rev 05- Tier2 Limit 的比拟，如图所示，45W USB PD适配器的测试结果均超过DoE 6级 & CoC 二级能效哀求。

以上是45W USB PD适配器的温升测试，在115V输入，45W输出时，干系元器件的温升情形如右图所示。

45W USB PD 传导测试，紧张是针对EMI的测试，如图以是，传导测试通过EN55032 classB 且有6dB 以上的裕量。

在45W的根本上，意法半导体开拓出效率表现更加精良的65W Demo，原边采取VIPERGAN65打造而成。
支持90V~264V的宽幅输入和5V~20V的输出，支持USB-PD协议，最大功率为65W。

65W USB PD 传导测试，紧张是针对EMI的测试，如图以是，传导测试通过EN55032 classB 且有6dB 以上的裕量。

以上是65W USB PD适配器进行90Vac 输入效率测试的曲线图，在满载65W输出时，转换效率达到91.8%，4点的均匀效率在92%旁边，远高于DoE 6级 & CoC 二级能效哀求。

以上是65W USB PD适配器进行230Vac 输入效率测试的曲线图，在65W输出时，转换效率高达93.82%。

以上是采取VIPerGaN100开拓出的100W 适配器 Demo，原边采取VIPERGAN100，掌握器采取L6564打造而成，同样支持90V~264V的宽幅输入和5V~20V的输出，该方案效率可达92.6%，功率密度大于24 W/in3。

充电头网总结

坚持可持续发展理念，要积极提升转型发展理念，推进家当绿色发展。
绿色发展同样包括电源家傍边的各个领域，包括家当的上中下贱，电源家当的企业须要不断进行创新与绿色相领悟，开拓出更多绿色电源产品，而意法半导体推出基于VIPerGaN产品开拓出来的适配器办理方案，便是一个很好的例子，不仅优化了PCB的布局，还拥有简洁的外围，减少不必要的电子垃圾产生，同时以上方案不仅知足厂商高效率的哀求，还知足DoE 6级 & CoC 二级能效的哀求，助力快充厂商构建出清洁低碳高效的快充产品。