新製品 300W GaN電源

スターウェルを専門とするハイテク企業です。電源製造業は、POE電源、通信電源、エネルギー貯蔵インバータ、電源アダプタ、産業用制御電源などを含む、さまざまな分野のニーズを満たすさまざまな高度な電源製品の研究開発と生産に取り組んでいます。この号のソリューション分析では、300W 48V GaN 電源モジュールを紹介します。

この電源モジュールのモデルは R0168 で、100 ～ 264Vac の入力電圧をサポートし、出力は 48V 6.25A、出力電力は 300W です。周囲温度-10～55℃の範囲で動作可能です。電源はモジュラー設計を採用しており、入力端子と出力端子の両方にコネクタが付いています。以下は、この 300W GaN 電源モジュールのソリューション分析であり、その内部設計と材料を確認します。

スターウェル 300W GaN電源の外観 

モジュール

スターウェル 300W GaN電源モジュールはアルミニウム合金シェルを採用しています。 PCBA モジュールの前面にはアルミニウム合金ヒートシンクが装備されており、厚さを減らすために高電圧フィルター コンデンサーと PFC ブースト インダクターに対応する部分がくり抜かれています。

電源モジュールの背面はアルミニウム合金のシェルです。

モデル: B0168

入力: 100-240V~ 50/60Hz 5.0A最大

出力: 48V 6.25A

出力線ははんだ付けによって接続され、はんだ接合部には絶縁のために熱収縮チューブがスリーブに付けられています。

出力コネクタの拡大図: 赤いワイヤは正極で、スリーブには 48V 出力のマークが付いています。

電源モジュールの長さをノギスで測ると約127.1mmです。

電源モジュールの幅は約76.4mmです。

電源モジュールの厚さは約40.4mmです。

電源モジュールを手に持ったときの直感的なサイズ感。 GaNパワーデバイスの使用により、電力密度が大幅に向上し、300Wの出力電力量が大幅に削減され、スペースが節約されます。

電源モジュールの実測重量は約441g。

スターウェル 300W GaN電源の分析

モジュール

PCBA モジュールはヒートシンクにネジで固定されています。

PCBAモジュールを取り出した際のヒートシンクに相当する位置に絶縁シリコンシートが貼られています。

PCBA モジュールの側面には絶縁マイラー シートが提供されます。

絶縁性のマイラーシートを取り除き、パワーデバイスに対応する位置に穴を開け、熱を伝導するためのサーマルパッドを設けます。

3 つのサーマル パッドは、それぞれ PFC スイッチ、LLC スイッチ、同期整流器に対応します。

PCBAモジュールの上にもアルミ合金製のヒートシンクが覆われており、パワーデバイスはネジで固定されています。

PCBA モジュールに覆われているヒートシンクをはんだ除去により除去します。

整流ブリッジ、PFC整流ダイオード、サーマルスイッチはヒートシンクに固定されています。

PCBA モジュールの前面の概要: 左側には、電源入力ソケット、ヒューズ、Y コンデンサ、バリスタ、コモンモード インダクタ、および安全 X2 コンデンサが装備されています。中間の位置には、PFC ブースト インダクタと高電圧フィルタ コンデンサが装備されています。右側にはLLC共振コンデンサ、共振インダクタ、トランス、フィルタコンデンサ、フィルタインダクタが搭載されています。

PCBA モジュールの背面には、2-in-1 PFC+LLC コントローラーがあります。 PFC スイッチは左下にあり、LLC スイッチはメイン制御チップの上にあり、フィードバック フォトカプラは右側にあり、同期整流器コントローラーと 2 つの同期整流器は下部にあります。基板全体は保護のためにコンフォーマルコーティングでコーティングされています。

AC入力端子はコネクタで接続されます。

電源のメイン制御チップには、マルチモード PFC および電流モード LLC 2-in-1 コントローラーである Mornsun Semiconductor HR1211 が採用されています。従来のソリューションでは 2 ～ 3 チップ必要だった機能を 1 つのチップに統合します。 PFC コントローラーは、CCM および DCM 動作モードをサポートします。

HR1211 はデジタル制御コアを採用し、高電圧起動とインテリジェントな X コンデンサ放電をサポートします。 PFC ステージは、最大 250KHz の動作周波数をサポートします。 LLC ステージには、ブートストラップ ダイオードが統合された 600V ハーフブリッジ ドライバーが内蔵されており、最大 500KHz の周波数で動作します。包括的な保護機能をサポートしており、SOIC-20 にパッケージ化されています。

PFCブーストインダクタには磁気リングが巻かれており、底部には絶縁のためベークライトシートが設けられています。

2 つの 70mΩ 抵抗が並列接続され、スイッチ電流を検出します。

PFC 整流ダイオードは磁気ビーズと直列に接続されています。

NTC サーミスタには 2.5D-11 のマークが付けられており、高電圧電解コンデンサの充電電流を抑制するために使用されます。

セラミックコンデンサは電解コンデンサと並列に接続されており、仕様は0.01μF 1KVです。

LLCスイッチはZenerTech製のモデルZN65C1R200Lで、耐電圧700V、過渡耐電圧800V、オン抵抗200mΩ、ゲート駆動電圧20V対応のカスコード構造GaNスイッチです。ゲート電荷が低いことが特徴で、駆動回路が効果的に簡素化されます。急速充電器、通信電源、データセンター、照明用途に適しており、DFN8*8にパッケージ化されています。

共振コンデンサはMMKP82シリーズで0.047μF 630V仕様です。

共振インダクターはPQ2020磁気コアを採用し、リッツ線で巻かれています。

トランスには PQ3525 磁気コアが採用されており、電源モデル R0168 が付いています。

同期整流器コントローラは MPS のモデル MP6924A で、より強力な干渉防止機能と高速ターンオフ機能を備えた LLC 同期整流器コントローラで、CCM/DCM モードと互換性があります。 MP6924A は、LLC の 2 つの二次コイルの整流アプリケーション用の 2 つの同期整流器コントローラを統合しており、LLC コンバータ同期整流アプリケーションに適しており、SOIC-8 にパッケージされています。

出力端子とグランド間にセラミックコンデンサが接続されており、仕様は0.01μF 2KVです。

出力フィルタコンデンサは Sancon (Nantong Sanxin) 製の RF シリーズ長寿命コンデンサで、仕様は 63V 330μF、2 個並列です。

フィルタ インダクタには、絶縁のために熱収縮チューブがスリーブで付けられています。

もう 1 つのフィルタ コンデンサの仕様は 63V 150μF です。

出力磁気リング フィルター インダクターの拡大図。

まとめ

分析の結果、スターウェルが発売した300W GaN電源モジュールは、内部ヒートシンクに固定されたスルーホール整流ブリッジと整流ダイオードを使用していることが判明しました。パッチ GaN スイッチは、サーマル パッドを使用して熱を底部のアルミニウム合金シェルに伝導して放熱し、放熱能力を向上させます。内部ヒートシンクにサーマルスイッチを搭載し、過熱時にコントローラーの電源を切り替えることで、全体的な過熱保護を実現します。

この GaN 電源モジュールは Mornsun Semiconductor 制御ソリューションを採用しており、MP6924A 同期整流器コントローラを備えた HR1211 2-in-1 コントローラを使用しています。 PFCスイッチはZenerTech ZN65C1R070L GaNスイッチを採用、PFC整流ダイオードはSanken SDS065J008N3 SiCダイオードを採用、LLCスイッチはZN65C1R200L GaNスイッチを採用しています。第 3 世代の半導体は、電力変換効率を向上させ、電力損失と放熱要件を削減するために使用されます。