茂睿芯应用方案：65W PD快充解决方案

发布时间：2023-05-23 11:26
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2374

　　随着移动设备的智能化提升，移动设备的运算能力也是按照摩尔定律在逐年增长。移动设备对功率的需求也是水涨船高，为了能够更快更高效地将移动设备充满电，各手机和PC厂相继推出了多种快充协议，其中PD作为兼容性最广的协议，更是被广泛采用。Meraki 借助自有的PWM控制器和SR控制器开发了65W PD 快充整体解决方案。

　　茂睿芯参考设计:

　　该65W PD快充方案功率级部分是基于MK2687+MK1808。其中MK2687是CCM/QR/DCM多模态PWM控制器，Vcc耐压高达110V，针对PD的宽范围输出无需额外的辅助绕组。MK1808是高速同步整流，有效支持CCM，其10ns的关断延迟保证系统进入CCM时开关应力也很低。

　　方案原理图

　　茂睿芯应用方案：65W PD快充解决方案

　　方案实物图

茂睿芯应用方案：65W PD快充解决方案

　　茂睿芯方案参数:

　　Demo size:长63mm*宽30mm*高19mm

　　Input: 90Vac~264Vac

　　Output: 3.3V~15V3A，20V3.25A

　　Efficiency (Avg.): 91.6% at 115Vac, 92.1% at 230Vac

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　　2024年10月22日，VDE测试认证院在深圳为茂睿芯颁发了国内首个磁隔离技术驱动器VDE证书。　　茂睿芯总经理易俊先生、副总裁&CTO盛琳女士、副总裁高克宁先生，VDE环球服务中国区总经理吴仲铉先生、环球服务销售总监Andreas Loof，21世纪电源网、充电头网等一行人员及媒体出席了此次颁证活动。    VDE 即德国电气电子及信息技术协会，全称 Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.，创立于1893年，作为全球电气、电子及其零部件安全测试及认证的权威检测认证机构与标准制定者。VDE认证有着严格的测试标准和规范，涉及电气安全、机械安全、防火性能、电磁兼容性、可靠性、环境适应性等诸多方面的测试，能通过并获得VDE认证的产品不仅意味着意味着这款产品在质量和安全性上达到了较高的水平，也标志着其符合国际和各国的相关标准和法规要求，能够顺利通过各国的市场准入审核，避免因认证问题而导致的贸易障碍。　　此次茂睿芯通过VDE认证的产品是一款光耦兼容的单通道隔离型栅极驱动器——MD18011，这是国内首个磁隔离技术一次性通过验证并获得VDE认证证书的驱动器产品。MD18011所使用的磁隔离技术，是以可靠的封装形式大幅提高安规耐压能力，芯片内部绝缘距离可到100um以上乃至更高，由于晶圆工艺原因目前容隔类产品的内部绝缘距离普遍在20~30um之间。经实测，MD18011隔离栅在14kVRMS条件下持续耐受60s也不会损坏，可保证在VIORM(最大重复峰值隔离电压)条件下的工作寿命达40年以上，同时也避免了片上高压电容隔离带来的潜在风险(片上高压隔离电容会随着芯片意外烧坏而同步损坏，从而造成隔离等级下降)。      作为国内首个一次性通过得 VDE 认证的磁隔离技术驱动器，MD18011在电气安全、性能稳定性以及可靠性方面表现出色，可以广泛应用到工业自动化、新能源领域及其他对电气隔离有严格要求的应用场景中，为客户提供更加高效、安全的使用体验。　　MD18011凭借特色的磁隔离技术和稳定的产品功能通过了VDE认证，这既是对茂睿芯在磁隔离技术领域深耕的肯定，也是茂睿芯对客户负责的体现。相信在 VDE 认证的加持下，以MD18011为代表的茂睿芯磁隔离产品将为国内外客户提供更多高品质的产品和解决方案，为行业发展贡献自己的力量!
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　　一、背景　　氮化镓(GaN)凭借着高效率、高功率密度和快速开关的优势，在消费类(快充、手机、LED)、汽车激光雷达、数据中心等领域迅速崛起。据TrendForce《2023 GaN功率半导体市场分析报告》显示，全球GaN功率元件市场规模将从2022年的1.8亿美金成长到2026年的13.3亿美金，复合增长率高达65%。在快充领域，Trendforce预计2025年氮化镓的渗透率也将超过50%。从技术演化的角度来看，在65W以下的快充和适配器领域GaN驱动技术经历了几个阶段：　　1、初期：　　使用硅基驱动器配合外部电路驱动GaN　　2、过渡期：　　采用专用的GaN PWM控制器驱动GaN　　3、当前主流：　　65W以下广泛采用PWM控制器与GaN集成的技术　　然而，随着技术的不断发展，业界仍然面临着一些挑战：　　1、驱动问题：　　由于GaN的特性，驱动器的设计和驱动电路的布局变得非常关键。必须确保安全、高效的驱动方式，以避免驱动震荡引起可靠性和EMI问题。　　2、散热问题：　　系统在低电压输入(Low Line)时的散热瓶颈，需要进一步提升效率。　　3、集成度问题：　　进一步缩小体积，提高集成度，以满足小型化需求。　　为了应对这些挑战，业界已经采取了一些技术措施：　　1、设计专门的GaN PWM驱动器，并和GaN集成以最小化驱动环路;　　2、引入电流无损检测电路;　　3、提高集成度，将GaN驱动器、GaN功率器件和无损电流检测集成在一起。　　二、五合一GaNControlTM PWM 芯片：MK2706　　在这样的行业背景下，茂睿芯推出了集成化程度更高的五合一GaNControlTM PWM 芯片MK2706，进一步提升了集成度和功率密度，并且实现：无损检测、安全驱动。　　三、MK2706 核心功能　　准谐振(QR)PWM控制器　　GaN驱动器　　GaN功率器件　　宽范围单VCC供电(8V-85V)　　电流无损检测电路　　MK2706是基于茂睿芯广受客户认可的四合一MK2789系列产品开发而成。MK2789系列已经集成了QR PWM控制器、驱动器、GaN功率器件和宽范围VCC供电。新一代产品MK2706在此基础上，最终实现高效率、高功率密度、高可靠性和低成本的PD解决方案。　　四、MK2706 产品优势　　1、节省损耗　　显著提高Low Line工作效率：在65W@90V输入条件下，效率提升0.3%-0.4%;　　90V输入时的热管理更加容易。　　无损检测节省损耗和对效率影响计算：　　节省采样电阻功耗，按65W计算，90V输入Ip_rms≈1.1A，Rcs=250mR，可节约Rcs损耗300mW;　　当前65W 90V输入效率约92.5%，输入功率约为65/92.5%=70.27W;　　效率提升=(65/(70.27-0.3))%-92.5%=0.39%。　　2、安全驱动　　驱动路径大幅缩短，减少了驱动回路寄生电感和寄生电容的影响;　　创新性地集成了米勒钳位电路，进一步提高了驱动的可靠性和效率。　　3、简化外围电路设计　　宽范围VCC供电(9V-85V)，对于PD调压输出(3.3V-20V)，也可省去VCC LDO供电电路;　　无损电流检测部分不需要外供电或者VCC电容，进一步简化外围设计;　　整个芯片外围器件非常少，节省加工成本。　　五、MK2706 系统板实测　　为了验证GaNControlTM技术的实际表现，我们进行了系统板测试：　　1、原理图与PCB布局　　整个ACDC功率级原边只有11个贴片电阻、7个贴片电容。贴片原件都放置于PCB背面，外围电路十分简单明了。　　2、效率测试　　MK2706 输入电压90V时满载效率可达93%　　结语　　秉承"关注客户需求，寻求客户满意"的服务宗旨，茂睿芯始终致力于开发能够真正帮助客户的产品，这款65W集成GaN 的AC/DC转换器MK2706的设计初衷正是为了让客户能够更省钱、省事、省心!　　茂睿芯坚信具有无损检测、安全驱动的高度集成五合一芯片方案将进一步推动PD快充工程技术发展。我们将以MK2706为起点持续挖掘客户需求，坚持创新，推出更多实惠、高效且可靠的芯片产品!
2024-09-14 17:48 阅读量：554
茂睿芯： 110V/0.6A，集成30mA LDO的同步Iso-Buck转换器MK9816
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茂睿芯： 110V/0.6A，集成30mA LDO的同步Iso-Buck转换器MK9816

　　为高效赋能两轮电动自行车、AGV、机器人和园林电动工具等电池管理系统(BMS)的加速发展，茂睿芯推出了至简外围、低功耗的系统方案MK9816。应用MK9816 Iso-Buck的隔离侧(次边)输出，可以节省传统E-Bike BMS中所需的隔离模块，可无需外围环路补偿电路，提供更精简的解决方案。　　MK9816支持110V输入，0.6A输出，同时集成30mA预调整LDO，在系统待机时给MCU供电使用，降低系统功耗和物料成本;可配置PFM的频率，在保证次边输出带载能力的同时，避免了工作于FCCM的传统Iso-Buck轻载系统效率偏低问题。其内置低导通阻抗的高边和低边功率MOSFET，效率高达91.5%@IOUT=400mA;同时带多种保护功能，为系统性能、产品可靠性提供保障。　　一、MK9816产品特征　　·宽输入工作电压范围：7V-100V　　·VIN、SW、EN管脚绝对耐压高达110V　　·<10uA的关断电流　　·常使能预调整LDO(Vcc pin)输出电压：9V@0mA~5.5V@30mA　　·可配置的工作模式：　　—强制连续导通模式(FCCM)　　—脉冲频率调制模式(PFM)，PFM模式下零电流时间(TZC)可调　　·集成软启动电路　　·不需要外部环路补偿电路　　·集成700mΩ高边MOSFET和350mΩ低边MOSFET　　·VCC支持VOUT返回供电　　·保护功能：　　—输入欠压保护、输出欠压和过压保护　　—过流保护、过温保护　　二、MK9816封装及引脚功能　　1、MK9816 引脚封装图　　2、MK9816 引脚功能定义　　三、MK9816典型应用框图　　四、MK9816典型波形　　1、PFM和FCCM输出纹波　　测试条件：       (1)PFM模式，IOUT=0.1A，RMODE=47kΩ;       (2)FCCM模式，IOUT=0A，RMODE=2MΩ。　　PFM模式输出纹波                        FCCM模式输出纹波　　2、瞬态响应　　MK9816采用恒定导通时间 (COT) 控制架构，可实现出色的瞬态响应。测试条件：VIN=48V，VOUT=10V，IOUT=0.1~0.6A，di/dt=1.6A/us，duty=50%，L=47uH，COUT=20uF。　　3、原边和次边短路保护　　原边短路保护和恢复                        次边短路保护和恢复　　五、MK9816产品优势　　1、简单、低功耗的解决方案　　应用MK9816 Iso-Buck的隔离侧输出，可以节省传统E-Bike BMS中所需的隔离模块;内置5.5V 30mA LDO，系统待机时给MCU供电，降低系统功耗。　　2、PFM模式ZC时间可调　　通过配置MODE管脚的下拉电阻，可调节工作模式以及PFM模式下的零电流时间(TZC)，实现轻载高效且使开关频率高于人耳可听范围，以避免噪声。　　MODE管脚配置与工作模式的对应关系　　3、高效率　　MK9816集成低导通阻抗的高边和低边功率MOSFET，且通过配置MODE管脚电阻值可实现TZC可调，所以不仅可实现重载高效，也可实现轻载高效。　　测试条件：　　(1)VOUT=10V，工作在FCCM模式下，不同输入电压的效率曲线;　　(2)VOUT=10V，不同工作模式、不同TZC的效率曲线。　　不同输入电压下的效率曲线                    不同工作模式的效率曲线　　4、Vcc支持VOUT返回供电　　MK9816 Vcc管脚支持输出返回供电，使用VOUT返回供电给VCC，有利于提升0.3A负载以下的效率，效率可提升3%~5%。　　测试条件：　　VIN=48V，VOUT=10V，FCCM模式，VCC是否使用VOUT返回供电效率曲线。　　5、集成软启动电路　　MK9816集成了内部软启动电路，可避免上电启动过程中的输出电压尖峰以及电感电流的尖峰，有效降低启机过程中的电压和电流应力，确保系统可靠性。　　六、典型应用场景　　七、茂睿芯DCDC系列选型表
2024-08-12 09:02 阅读量：517
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