2020年氮化鎵快充在行業中熱度極高，氮化鎵在帶來高頻小體積良好體驗的同時，也給整個電源行業的配套器件開發帶來了新的機遇，其中適合高頻>200kHz的快充專用驅動控制器更是如此，因為除了美商產品之外幾乎別無選擇。 基于此，必易微于2020年底發布了針對氮化鎵高頻應用的快充SSR驅動控制器KP2202SSGA和KP2206SSGA，為可支持高達500kHz的單管反激氮化鎵快充驅動控制器，通過近期的客戶推廣以及與國內外同類型產品的對比，必易微產品的特點以及優點更加清晰，筆者特總結于此分享給關注必易微的朋友，希望對大家的產品設計有所幫助，同時展示一款高頻>200kHz的高功率密度單管反激電源參考設計，讓大家更直觀地了解其產品的綜合性能。 由于KP2202SSGA和KP2206SSGA是為解決美商產品“卡脖子”的問題而開發的，有必要先來總結下美商產品的優缺點，以便大家理解必易微開發產品的思路。 關于美商產品的優點： 1、可以支持高達500kHz的開關頻率 相比于coolmosfet，氮化鎵真正的優勢在于高頻特性，當下快充電源的開關頻率還集中在200kHz以下，若要進一步提高功率密度體現產品差異，一顆可支持高頻應用（>200kHz）的驅動控制器成為必須。 2、集成了高壓啟動電路、X電容放電和輸入欠壓保護 低待機在高端的快充電源中始終是一項重要指標，特別是在多口應用系統電路較為復雜的情況下，高壓啟動電路不僅可以實現即插即用，還可以通過X電容放電節省約20mW損耗，再輔以輸入欠壓保護功能，就可以設計出一款高品質快充電源。 3、具備谷底鎖定功能、工作無噪音 準諧振控制的目的在于降低開關損耗提高效率，這一點在高頻應用中尤為重要，但行業中普通的準諧振控制會由于開通谷底不同引入噪音問題、高低壓頻率不同引入過流點精度差問題以及開關頻率集中引入傳導EMC差的問題。后兩個問題通過系統設計可以優化和解決，但噪音問題優化相對困難且容易被用戶發覺，所以通過芯片控制策略進行優化最為合理。 4、輕載效率優化、待機可低于30mW 同2點，為了降低空載待機功耗，需對芯片的環路控制參數以及靜態電流進行深度優化，低于30mW對于一款快充應用的驅動控制器已屬于較高水平的表現。 關于美商產品的缺點： 1、芯片VDD耐壓30V，最高可工作至28V 快充電源區別與普通適配器最大的地方即是輸出電壓范圍寬，根據PD3.0及PPS的規范要求，輸出電壓范圍最寬為3.3-21V，故在使用美商產品的時候就必須使用上圖的外部LDO電路，器件數量多達13個，PCB空間大、系統成本高。 2、過流保護精度不佳，外部補償電路設計復雜 按照非連續模式下的能量公式： 可知，準諧振控制的電源工作在相同功率狀態時呈現出低壓輸入時峰值電流高、頻率低的特點（高壓輸入時特點與此相反），為了實現不同輸入電壓下系統最大輸出功率相同的目的，美商產品采用了外部ZCD管腳的電阻網絡調節最大峰值電流的方法，此方法的缺點是補償量是線性變化的，但從能量公式可見峰值電流是指數變化，故此方法不能得到理想的結果，且美商產品還需要在ZCD管腳的電阻網絡中加入一個二極管，電路結構變得復雜的同時還沒有輸出OVP功能。 下面是在某款量產的電源中測得的美商產品過流點數據，高低壓最大過載點相差45%！這款電源的最高開關頻率還低于200kHz，如果開關頻率再提高，其高低壓下的差別會繼續變大。 3、驅動電路無法驅動E-Mode氮化鎵，只能匹配Coolmosfet和cascode結構D-Mode氮化鎵。 增強型E-mode氮化鎵由于具備器件結構簡單、更利于高頻應用的特點，目前被多數器件廠商所采用，但這種器件的柵極電壓最高只有7V，在高頻應用中這對驅動電路的要求變高。目前美商產品驅動電壓最高12V在應用時需外加驅動線路如上圖，器件多成本增加且PCB空間大。 4、抖頻幅值固定，輸出紋波表現不理想 為了優化準諧振控制下的傳導EMC，美商產品采用了以固定頻率和固定幅值抖動峰值電流的方法，這樣可使得開關頻率被分散開以便于通過傳導測試，但是在低壓輸入時由于峰值電流抖動疊加工頻波動，引起輸出電壓紋波偏大，下圖仍為上款量產電源中滿載時輸出電壓紋波結果：   美商產品樣機90Vac 20V輸出滿載紋波 同時，在輕載時由于固定的峰值電流抖動幅值，同樣會引起輸出電壓紋波偏大，下圖為對比專用樣機，完全相同參數和測試條件時輸出電壓紋波結果。美商產品抖頻占比較大，KP2202抖頻占比較小，紋波優化達21mV。

美商產品紋波

KP2202紋波

總結完美商產品的優缺點之后，可以用下表來展示下KP2202SSGA和KP2206SSGA與之對比情況： 下圖為KP2202SSGA和KP2206SSGA的典型應用電路，副邊搭配的高頻率同步整流驅動芯片KP4060為針對高頻應用專門設計，最高支持高達600kHz的開關頻率。 目前必易微已開發了多款65W高頻氮化鎵快充參考設計，通過了EMC、浪涌、ESD和紋波多項指標測試，效率和待機也處于行業較高水平，今天展示其中一款搭配納微半導體氮化鎵器件的小體積65W參考設計，此設計采用了平面變壓器，下面是性能細節展示： 樣機照片：體積與行業中的20W快充電源非常接近

必易微65W氮化鎵方案

必易微常規20W方案

工作波形：穩定的谷底導通最高頻率290KHz

230Vac 20V3A

230Vac 20V1.8A

待機測試：優異的待機性能<30mW 效率測試：優異的效率表現，滿載效率115Vac 45W輸出接近95%，115Vac65W輸出達到94.5%，230Vac 65W輸出達到94.3%。 溫升測試：密閉環境箱25℃裸板測試 110Vac 65W 氮化鎵器件溫度最高92℃ ?230Vac 65W 氮化鎵器件溫度最高104℃。 輸出過流點測試：最大功率高低壓輸入過流點一致性好，相差13% 輸出電壓紋波：抖頻優化，實現優異的紋波性能<120mV 傳導測試：通過且裕量較大滿足量產標準。

220Vac(L)-20V/3.25A（左）

220Vac(N)-20V/3.25A（右）

110Vac(L)-20V/3.25A（左）

110Vac(N)-20V/3.25A（右）

通過詳細對比美商的產品性能，可以發現KP2202SSGA和KP2206SSGA作為支持高達500kHz的單管反激氮化鎵快充驅動控制器，不僅實現了競品的現有性能還針對其不足之處做了性能升級，真正解決了卡脖子的問題！