的GaN,SiC和硅技术在交流适配器

发布时间:2019年8月14日
特约作者:Sinjin dixun - warren,博士

介绍

交流电适配器不断提醒我们,我们开始喜欢的移动设备并不像我们想的那样移动。每个移动设备都需要定期访问交流适配器,为其锂离子电池充电。

最初,大多数AC适配器基本上是线性电源,其结合了桥式整流器和电容滤波的变压器的交流电源电压转换为平滑的低电压直流电流适合用于对电池充电。这些适配器被限于特定的AC电压输入以产生特定的DC电压输出,因此可能一般不被国际上使用。他们也笨重,一般被要求为每个设备需要直流电源不同的适配器。最后,线性基于变压器的技术是低效率的,作为不需要功率作为热量耗散,并且即使当不存在负载电流功率消耗。

开关模式电源(SMPS)已逐步取代线性基于变压器的技术自20世纪80年代。各种电路拓扑结构的使用,但本质上,它们都是基于同样的原理。的交流电压被整流为直流高电压驱动的开关电路,其包含在高频变压器的操作,并在所需的低电压输出的直流电流。SMPS的一大好处是,他们可以利用各种交流输入电压下使用,从而使“国际”适配器可能。此外,它们可被配置为产生各种直流输出。电压调节是通过改变比率上到断高电压切换电路的时间来实现的。

相对较新的USB-C电源传输标准旨在提供高达100w的可变充电电源(例如20v和5a),这样一个单一的AC适配器就可以用来为各种设备充电。此外,这些线缆是双向的,因此同一根线缆可以用来从显示器给笔记本电脑充电,或者从笔记本电脑给智能手机充电。充电功率和电压是在设备连接时动态配置的。

所述SMPS消费者应用一般需要一个场效应晶体管(FET)额定大约600 V.该FET用于高电压的高频率切换该驱动器在SMPS的变压器。合适的FET的可与宽带隙的氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)制成,或用硅(Si)。硅超结MOSFET技术现辖移动设备AC适配器市场,但GaN和SiC器件承诺更高的效率和更低的外形。所提议的GaN器件是形成在氮化镓上的Si衬底侧面高电子迁移率晶体管(HEMT)。有几个AC适配器的初创企业在宽带隙的市场空间打,但至今没有一个主要的原始设备制造商(OEM)的都采用了这种技术。在本文中,我们将回顾一些我们在公开市场上购买的AC适配器的分析结果。

Avogy Zolt

在看了Avogy Zolt笔记本电脑充电器型号ZM070LTPX01-G内2016 TechInsights的(以前Chipworks公司)。Avogy声称是GaN器件的供应商;然而,TechInsights的发现Zolt含有SiC功率FET,有可能由Cree制造,但与Avogy标记包装。我们在PntPower.com同事随后辩称,Avogy使用SiC器件有四个原因,主要在于碳化硅空出来了,当时工作。图1示出了从Zolt膝上型充电器主PCB,与AV150-00028 SiC器件的位置指示。

Zolt笔记本电脑充电器主板

图1:Zolt笔记本电脑充电器主PCB

下面的表1显示了完整的设计赢列表的Zolt充电器。该设备相对复杂,包括一个英飞凌600 V的CoolMOS设备,加上三个低电压英飞凌OptiMOS设备和Avogy品牌的SiC功率场效应晶体管设备。

生产商名称 型号 设备类型 著名的标志
德州仪器(TI) LP2951-50DRG 稳压器 ZUF
54K
AKYP
德州仪器(TI) UCC27511DBV 逻辑集成电路 7511
德州仪器(TI) TL431AQDBZ 稳压器 taq
飞兆半导体 FODM121C 光隔离器 (商标)
121 c
523R
德州仪器(TI) LMC555CMMX 其他 4AT6
ZC5
英飞凌 IPL60R199CP 600米V的CoolMOS (商标)
6R199P
HBK303
Unitrode UC3842D8 脉宽调制控制器 ü36
38C43
德州仪器(TI) SN74AHCT1G32DCK 逻辑集成电路 BGG
德州仪器(TI) SN74AHCT1G32DCK 逻辑集成电路 BGG
德州仪器(TI) SN74AHC1GU04DCK 逻辑集成电路 AD3
英飞凌 BSC010NE2LSI 为25V的OptiMOS 010NE2LI
HRH431
(商标)
英飞凌 BSC010NE2LSI 为25V的OptiMOS 010NE2LI
HRH431
(商标)
α&ω AOZ1232QI-01 DC-DC转换器 (商标)
Z1232QI1
ZA5V1E
格言 MAX14667 其他 AETH
格言 MAX9938WEBS 功率放大器 AGI
6AF
英飞凌 拆除 功率MOSFET 0902NSI
H1F 521
Comchip技术 Z4DGP406L-HF 电力整流器 Z4GP
40JL
533
微芯片技术 PIC32MX270F256D-V / TL 微控制器 (商标)图片32
MX270F2
56 dvtl
英飞凌 BSZ0902NSI 30级V的OptiMOS 0902NSI
HAD534
(商标)
德州仪器(TI) UCC27512 逻辑集成电路 27512
TI 57I
C0R3
Avogy公司 av150 - 00028 SiC功率FET 150-00028
FV0931
CS1527

表1:Avogy Zolt中标设计

作为一个独立的公司,Avogy显然已经不复存在,但Avogy Zolt似乎仍然可以从亚马逊买到,尽管根据一些客户的评论,它可能有可靠性问题。图2显示了从Avogy AV150-00028中提取的SiC模具照片。该模具可能是由Cree Inc.制造的。

AV150-00028 SiC模具

图2:Avogy AV150-00028的SiC模具

RAVPower RP-PC104

自2016氮化镓取得了长足的进步在商业市场,也有越来越多的厂商是现在提供基于氮化镓AC适配器,包括RAVPower,安克,FINsix并取得记(穆一)和其他人的。大量厂商正在提供的GaN FET器件,从小型创业公司像氮化镓系统和纳维大型老牌厂商英飞凌一样和松下。

近日,TechInsights的发表一些结果RAVPower RP-PC104 45w USB-C充电器这是标榜含有氮化镓,也可从亚马逊。我们发现,RP-PC104包含在两个纳维NV6115 GaN功率IC的,如表2中所示的下方。图3呈现与纳维NV6115的注释的位置的RP-PC104主PCB的照片。

AV150-00028 SiC模具

图3:RAVPower RP-PC104主PCB

TechInsights的随后发现,在取得了纳维设备记住慕一个45瓦的充电器,并在Aukey PA-U50 24W USB充电器。穆一充基本上有相同的设计RavPower充电器,都显然是基于Navitas的参考设计。该Aukey PA-U50是特别关注的,因为它被发现含有新的纳维NV6250集成半桥IC。TechInsights的目前工作的纳维NV6250的完整分析。图4示出了NV6115的照片集成GaN HEMT中从RP-PC104死亡。

生产商名称 型号 设备类型 著名的标志
纳维半导体 NV6115 GaN功率IC (商标)Navitas
NV6115
B3K
纳维半导体 NV6115 GaN功率IC (商标)Navitas
NV6115
B3K
二极管公司 MSB30M 电力整流器 - +
MB30M
8B15
先锋国际 VS3506AE -30 V P沟道场效应晶体管 VS
3506年ae
YY9F33
Silicon Laboratories公司 Si8610BB-B-IS 数字隔离器 Si8610BB
1751BF
(e3) L0KU
Everlight EL1018-G 光隔离器 EL
1018
822V
德州仪器(TI) UCC28780RTE 其他控制器 U28780
TI 858
A4FL
英飞凌 BSC098N10NS5 100级的OptiMOS 098N10NS
HAK623
Weltrend半导体 WT6615F USB控制器 WT6615F
000
827C
I64AF

表2:RAVPower RP-PC104中标设计

纳维半导体NV6115集成GaN HEMT的模

图4:Navitas半导体NV6115集成GaN HEMT模具

Innergie 60 C

TechInsights的最近购买了Innergie 60C USB-C 60 W适配器,这是由达电子集团制造,这是预期到包含GaN器件。网上传言认为,该设备实际上包含一个600 V英飞凌的CoolMOS超结MOSFET和三角洲掩盖了安全的油漆标记。在Innergie 60C的TechInsights的拆解证实了600 V英飞凌IPL60R185C7的CoolMOS设备的存在和使用的安全性涂料,此外没有发现的GaN元件。图5示出了一个几个小PCB的照片的发现的Innergie 60C的内部。英飞凌IPL60R185C7 600 V的CoolMOS的位置,与所述标记挡住,被注释。

Innergie 60C PCB

图5:Innergie 60C PCB

该设计赢得了Innergie 60C总结在表3中TechInsights的计划完成600 V英飞凌IPL60R185C7的CoolMOS设备的详细分析。图6示出英飞凌IPL60R185C7 600 V的CoolMOS死的照片。

生产商名称 型号 设备类型 著名的标志
二极管公司 MSB30KH 电力整流器 - +
MSB30KH
8B2
Everlight EL1013 光隔离器 EL
1013
826V
英飞凌 BSZ086P03NS3-G -30 V功率MOSFET 086P3N
HAH743
(标志)
上半 FDMS86150 100伏N沟道FET (LOGO)DJ08AC
FDM
海湾半 GU1M-E 电力整流器 (标志)
GU1M
未知 T31.5A250VCQMST 其他 T31.5A250VCQMST
(CCC) (VDE)俄文
未知 DAP030H 其他控制器 DAP030H
PFFH38G
意法半导体 STM32F072CBU7 微控制器 STM32F
072CBU7 8205
GQ24L 15
英飞凌 IPL60R185C7 600米V的CoolMOS (标志)
60C7185
HAD831

表3:Innergie 60C中标设计

英飞凌IPL60R185C7 600 V的CoolMOS模

图6:Infineon IPL60R185C7 600v CoolMOS芯片

结束语

TechInsights的分析表明,高功率,紧凑AC适配器可以使用SiC,GaN和硅超结器件构建的。从主要的OEM几个商业费用,包括谷歌像素3检验,华为伴侣200 Pro和诺基亚9 PureView的快速充电器,发现硅超结MOSFET技术。很显然,硅技术的不断主宰这个市场空间。TechInsights的认为,碳化硅是不太可能实现的AC适配器市场的市场成功,由于这种技术的成本相对较高。在SiC技术似乎是更适合在高电压的应用程序和被成功地移位硅IGBT技术在电动和混合动力汽车市场。

奇怪的是,在这里讨论的三个交流适配器的情况下,Innergie 60C可能提供最好的整体系统性能。衡量移动充电器性能的标准之一是功率密度,即每立方厘米体积产生的瓦特数。内联60C是一个明确的赢家,这一指标,与最高的功率密度。老式的Avogy Zolt体积最大,功率密度最低。

设备 长度(英寸) 宽度(英寸) 高度(英寸) 功率(W) 体积(以3.) 功率密度(W /中3.)
Innergie 60C 2.4 1.2 1.2 60 3.5 17.4
RAVPower RP-PC104 2.8 2.1 0.6 45 3.5 12.8
Avogy Zolt 3.5 1.3 1.3 70 5.9 11.8

表4:功率密度比较

该Innergie 60C是由台达电子集团由AC适配器建立制造商。他们声称制造每年8000万个笔记本适配器。这是可能的Innergie 60C的设计是高度优化。如果可能需要基于GaN的器件,如果要有效地与硅超结MOSFET技术竞争进一步优化。

尽管有这些发现这表明氮化镓AC适配器还没有在功率密度方面在性能高品质超基于结AC适配器,TechInsights的认为,GaN的已知技术优势将导致AC适配器市场的市场成功氮化镓。这是可能的GaN将在高效率,小巧的外形,更高功率的电源适配器中找到。很显然,市场正在打赌,这将是这种情况。如前所述,还有,目前,很多球员在GaN HEMT功率晶体管市场,包括相对较新的初创公司和大型老牌如英飞凌。英飞凌目前是电力电子设备的最大供应商,他们的投资组合的超结器件的CoolMOS,再加上GaN基CoolGaN设备和SiC基CoolSiC设备。英飞凌将定位基础上,是最能满足每个应用程序的最终要求的材料提供设备,而且他们显然相信氮化镓HEMT器件在AC适配器市场的巨大潜力的基础上,白皮书在其网站上。

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