GaN快充冲击240W？

往期精选

新一代高频AC/DC ZVS解决方案

• 上期我们介绍了矽力杰整套ZVS高功率密度USB PD解决方案。在快充市场爆发的风口上，矽力杰已初步实现氮化镓（GaN）快充三大核心芯片的自主可控。

• 本期我们聚焦氮化镓，为大家推荐矽力杰直驱GaN快充控制方案SY5021，SY5021可支持到240W氮化镓快充，具备高功率密度，低BOM成本等优势，同时提供全面可靠的保护功能。

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第三代半导体材料 GaN

概述（左右滑动查看更多）

应用领域（左右滑动查看更多）

随着GaN技术获得突破，成本得到控制，除了在射频微波等众多对功率和频率有较高要求的场景之外，它还被广泛应用到了消费类电子领域，尤其是快速充电器上面。应用于充电器时可有效缩小产品尺寸，在发热、效率转换上也有更大优势，极大地提升了用户体验。

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GaN FET 控制技术

氮化镓快充市场的爆发，带来的不仅是功率器件市场的变革，同时也促进了GaN FET控制技术的发展。

GaN功率器件的驱动电压要求精准，器件开启电压阈值（VGS_TH）低，易受干扰而误开启。所以相较传统硅器件而言，驱动氮化镓的驱动器和控制器需要解决更多的技术问题。矽力杰积极参与布局第三代半导体，发布了高频QR反激控制器SY5021，以下为简要介绍。

图 1. 典型应用电路

高功率密度、低BOM成本

SY5021是一款针对PD适配器的高频QR反激控制器，最大开关频率可达500kHz，可以直接驱动E-Mode GaN FET。SY5021适用于宽输出电压范围应用，最大输出功率为240W。SY5021可减小变压器和电容器的尺寸，实现高功率密度。

图 2. E-Mode GaN FET 驱动波形

QR/DCM/Burst工作模式

SY5021 采用峰值电流控制，包含QR、DCM和Burst三种工作模式。负载较重时工作在QR模式，谷底个数随负载下降而增加；负载较轻时进入DCM模式，通过降低开关频率提高轻载效率；负载继续降低时将进入Burst模式，Burst频率在1kHz以下，优化轻载噪音。

全面可靠的保护功能

SY5021提供了全面可靠的保护功能，包括高压快速启动、X-cap放电、Brown out保护、输出OVP、外部OTP、OLP、VCC OVP、内部OTP等。

实现ZVS操作

与同步整流芯片SY5238配合使用时，可以实现ZVS操作，能够改善EMI特性并进一步提高效率。SY5021 提供紧凑型封装 SSOP9、QFN 3×4-10。

图 3. 100W GaN快充设计样品

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矽力杰 GaN 主控芯片

SY5021 

高频QR反激控制器

◆  直驱E-Mode GaN FET

◆  DCM+QR模式

◆  自适应 OCP（LPS）

◆  可编程栅极驱动器电流

◆  VCCH 内置150V LDO 

◆  开关频率范围：25kHz~500kHz

◆  1kHz Burst降低音频噪声

◆  优化EMI

◆  内部软启动

◆  集成 700V 高压启动

◆  全面保护

     -  VDD 过压保护/欠压锁定

     -  Brown In/Out 保护

     -  X-Cap 放电保护

     -  可编程输出 OVP/UVP

     -  电流检测电阻短路保护

     -  内部/外部 OTP

     -  过载保护

◆  紧凑型封装：SSOP9/QFN 3×4-10

图 4a. SSOP 9 封装

图 4b. QFN 3×4-10 封装 

*注释

*注释：采用超小体积的QFN3×4-10封装，PCB占用面积可从SSOP9的5×6 (30mm²)减小到3×4 (12mm²)，对减小PCB面积有很大帮助，有利于进一步提高功率密度。