工作中很多时候使用的是国外半导体厂商的芯片,但是随着国产芯的迅速崛起,就盼望着能有机会近距离感受一下国产芯。这一次,当听说有机会能够测评矽力杰GaN快充评估板时,我就赶紧承担了下来,打算实实在在地过把瘾。
收到货,第一眼看到包装就觉得评估板体积应该不大,但是拆开包装后才发现,这个评估板体积小的有些出人意料,产品尺寸45*42.8*21mm,在主板上还竖插了两块小板,合理地安排了各个元器件的位置,将空间利用做到了极致。虽然体积小,但是仍然保持了高性能,并满足EMC和安规的要求。这时,不禁感慨,做个好产品真不是一件简单的事。
电路设计分析
本款产品采用的是矽力杰直驱GaN快充控制方案SY5021,对照实物PCBA板,我觉得评估板应该就是按典型电路设计,原理图如下:
矽力杰评估板对照实物标识如下:
主控芯片SY5021介绍
矽力杰SY5021是一款针对PD适配器的高频QR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 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。
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。本评估板采用的正是SY5021+SY5238的方案。
SY5021性能参数
◆ 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
资料介绍,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。那么具体怎么样,我们来做一下性能测试看看。
矽力杰GaN快充评估板性能测试
这一次,我主要测试了GaN MOS的驱动、Vds波形、输出纹波及输出动态波形。通过接入不同负载可以测试其带载能力,过载保护点以及不同负载时候的工作波形。
测试图如下:
①接入1A负载时GaN MOS的驱动电压
②接入2.99A负载GaN MOS的驱动电压
③接入3.96A负载GaN MOS的驱动电压
众所周知,GaN MOSFET适用于高频开关电源设计,可以将电源的功率密度做的更大,正好符合现在快充的要求。同时,工作频率升高后,磁性器件可以选择更小型化。
通过输出不同负载时候的GaN MOSFET工作波形图(测试波形图1-6)可以看到:与普通MOSFET一般需要10V-15V才能驱动相比,矽力杰GaN MOSFET有着明显的优势就是驱动电压更低,只要6V就可驱动。更低的驱动电压代表着我们在开关MOS时产生的开关损耗更小,特别是在高频应用中。
测试到的波形如下图表:
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1、输入110Vac空载时GaN MOS Vgs/Vds波形
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2、输入110Vac输出5V1A时GaN MOS Vgs/Vds波形
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3、输入110Vac输出5V2A负载时GaN MOS Vgs/Vds波形
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4、输入110Vac输出5V3A负载时GaN MOS Vgs/Vds波形
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5、输入110Vac输出5V3.9A负载时GaN MOS Vgs/Vds波形
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6、输入110Vac输出短路时GaN MOS Vgs/Vds波形
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7、输入110Vac输出5V3A负载时开机电压波形
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8、输入110Vac输出5V1A负载时开机电压波形
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9、输入110Vac输出5V3.5A负载时电压纹波
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10、输入110Vac输出5V3A负载时开机电压波形
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11、输入110Vac输出5V3A负载时关机电压波形
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12、输入110Vac输出1A-3A-1A动态负载时输出电压波形
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13、输入110Vac输出1A-2A-1A动态负载时输出电压波形
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14、输入110Vac输出2A-3A-2A动态负载时输出电压波形
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测试不同负载状态下的开关机电压及输出电压情况(测试波形图7-14),可以看到无论在空载,短路,不同电流或者动态负载等不同环境情况下,矽力杰GaN评估板的开关机电压以及输出电压的波形表现都很好,波形很干净,基本没有看到毛刺,开关机环路稳定性好,不容易出现干扰等问题。可以说可靠性很高。
通过上述测试波形可以看出,矽力杰GaN评估板环路参数及PCB Layout做得很好,波形很干净,动态负载也很好。
比较遗憾的是,我手上没有测试待机的功率计,不过看待机工作波形,应该会是很小。大负载时从MOS Vds波形可以很明显看到PWM控制器都能锁定在波谷开能,保证最低的开通损耗。满载的开关频率85KHz,也不是很高,可能是为了保证最高的效率。各种可能的损耗都尽力做到了最低,才有了整体的低功耗的呈现。
综上所述,矽力杰的这款GaN快充评估板体积小,低功耗,高性能高稳定性高可靠性抗干扰能力强,波形整齐干净,动态负载能力强,环路参数及PCB Layout都做的很好,总的来说,是一款比较优秀的产品!这款产品的每个环节都看的出来是真用心下功夫了,矽力杰有心了~