平衡成本和性能,能华半导体双管反激150W LED电源方案解析

前言

能华半导体推出了一系列的基于氮化镓功率器件的LED电源方案,涵盖40~380W输出功率,根据输出功率不同,分为反激拓扑、双管反激、LLC拓扑,满足不同功率的输出需求。本期方案解析带来的是一款150W薄型铝壳LED电源方案介绍。

120W-300W功率范围的LED电源,通常采用LLC或者双管正激电路,LLC方案成本较高,而双管正激属于硬开关,EMI整改难度较大。能华半导体所推出的双管反激方案,则在电源方案的成本和性能之间找到了一个近乎完美的平衡点。

这款电源方案初级开关管采用两颗能华半导体CE65H180TOEI氮化镓功率器件,开关频率为100kHz。电源方案支持176~264V输入电压,输出为24V6.25A,平均转换效率为94%,下面就带来这款LED电源方案的解析,一起来看看用料和设计。

能华半导体150W LED电源外观解析

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能华半导体这款LED电源方案采用铝合金外壳,散热能力良好。

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外壳正面设有散热开孔,两端设有接线端子。

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外壳背面设有螺丝柱,用于固定内部PCBA模块。

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壳体侧面设有两个开口。

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电源交流输入端子特写。

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直流输出端子特写,均设有绝缘保护盖板。

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使用游标卡尺测得电源外壳长度约为186mm。

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电源外壳宽度约为36.9mm。

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电源外壳厚度约为22.9mm。

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测得电源重量约为178.8g。

能华半导体150W LED电源内部解析

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首先撬开电源上盖。

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内部PCBA模块使用螺丝固定在壳体内部。

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固定PCBA模块的螺丝特写。

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拧下螺丝取出PCBA模块,PCBA模块与壳体之间通过麦拉片绝缘。

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PCBA模块和麦拉片之间设有蓝色导热垫。

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测得PCBA模块长度约为176.2mm。

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宽度约为31.9mm。

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厚度约为19.6mm。

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PCBA模块正面一览,右侧为交流电源输入端子,向左焊接保险丝,Y电容,整流桥,NTC热敏电阻,安规X2电容和共模电感。向左依次焊接高压滤波电容,隔离变压器,变压器。左侧焊接直流输出端子和滤波电容。

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PCBA模块背面焊接两颗整流桥,初级主控芯片,氮化镓开关管,同步整流控制器和同步整流管。

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输入端保险丝规格为3.15A 250V。

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蓝色Y电容来自STE松田电子。

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安规X2电容来自纬迪,规格为0.1μF。

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共模电感采用扁铜线绕制。

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整流桥型号DBF410,规格为4A 1000V,半桥连接均摊温升。

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高压滤波电容规格为400V82μF,两颗并联。

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滤波电容为AiSHi艾华品牌。

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初级主控芯片来自茂睿芯,型号MK2697A,是一款多模式高频QR控制器,支持10V至88V的输入电压,工作频率高达 130k Hz,采用自适应DCM/QR模式,能确保在不同输出电压和负载条件下保证高效率,专有软启动方案减少了SR Vds应力,优化了轻负载效率,并可通过频率抖动提升EMI性能。

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MK2697A内置输出过压、过功率、VCC过压等保护机制,采用SOT23-6封装,适用于AC/DC适配器和通用电源等应用领域。

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用于上管驱动的隔离变压器特写。

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氮化镓开关管来自能华半导体,型号CE65H180TOEI,采用能华耗尽型工艺技术,耐压为650V,瞬态耐压为800V,导通内阻180mΩ,器件具有极低的门极电荷,使得器件的开关速度快,损耗低,可以大大提高系统能效。

CE65H180TOEI的栅极驱动电压范围±20V,大大提高了系统可靠性,兼容传统硅MOS驱动器,简化电路设计。支持适配器、可再生能源、电信和数据设备、电机驱动、工业和汽车应用,采用TO252封装。

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能华半导体 CE65H180TOEI 资料信息。

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另一颗氮化镓开关管型号相同。

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宏迦橙ES5JBF,为超快恢复二极管,规格为600V 5A,采用SMBF封装。

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另一颗二极管型号相同,两颗用于变压器初级线圈漏感能量回收。

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180mΩ取样电阻用于检测初级开关管电流。

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为主控芯片供电的滤波电容规格为10μF50V。

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变压器磁芯缠绕胶带绝缘。

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UMW817C光耦用于输出电压反馈。

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蓝色Y电容来自STE松田电子。

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同步整流控制器来自茂睿芯,型号MK91808,支持CCM、DCM和QR工作模式,芯片使用自主知识产权的自供电技术为VCC供电,可以直接置于正端应用而无需辅助绕组,采用SOT23-6封装。

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同步整流管来自安森德,型号ASS052N10Q1M,NMOS,耐压100V,导阻4.4mΩ,采用PDFN5*6-8封装。

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输出端设有三颗滤波电解电容。

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电容来自YUSCON煜盛电子,规格为1000μF35V。

充电头网总结

基于能华氮化镓双管反激电路与双管正极电路和LLC电路的对比,双管反激无需谐振电感和谐振电容,在控制器和同步整流芯片上成本均具有显著优势,在成本和性能之间取得了良好的平衡。

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充电头网通过解析发现,能华半导体这款150W氮化镓LED电源方案采用长条薄型设计,铝合金外壳具备良好的散热能力,适配多种灯具使用。电源方案采用双管反激架构,使用茂睿芯MK2697A控制器搭配两颗能华半导体CE65H180TOEI耗尽型氮化镓开关管,并使用隔离变压器用于上管驱动。

同步整流控制器采用茂睿芯MK91808,搭配使用安森德ASS052N10Q1M同步整流管,进一步提升转换效率。电源PCBA模块通过导热垫传导热量到铝合金外壳,有效降低工作时的温升。使用双管反激架构搭配氮化镓开关管以及同步整流,可获得媲美LLC架构的转换效率,有效节省能源,降低整体成本。