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原创 GaN 设计赛

氮化镓快充的设计制作

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瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-6-8 09:12:26
非常感谢世纪电源网,感谢纳微半导体!
感谢小王美女给了很多支持!
在这次活动中,我的作品获得了优秀设计奖,自嗨一下

总结心得:
a.纳微的NV6115/7在使用上较为方便,因为有内置驱动,可靠性也没有问题。调试中损坏三次UCC28780以及隔离器SI8610,但功率开关一个未失。
b.因为布线时NTC位置的缘故,导致待机功耗不理想,这个很容易改善。由于使用了诱骗器,所以也导致待机功耗(12v-20v)不准确;
c.对变压器漏感要求很高,平板式会比绕线式有更小的漏感,这样输出整流管的空载以及开机尖峰会更小,我的设计是绕线式,所以并不理想;
d.整机成本是偏高的,如果选用QR模式会降低很多。另外当初选择ACF也是想一探究竟,因为用了两个NVGaN,也是对器件更多的考验,实验表明NV这两个料品质过硬。
本人第一次接触设计制作充电器类的设计项目。通过此次参赛项目历练,也使我对于PD charger积累了一些宝贵的经验,在此感谢21世纪电源网、纳微组织这次活动,感谢郭总监在论坛给予的解答,也感谢网友和我的交流互动。
谢谢!




首先感谢21世纪电源网和纳威半导体发起了这项活动。我的设计是一款65W  TYPE C PD协议快速充电器,参数如下:
输入:85-264vac
输出:功率65w
功率零件:NV6117/NV6115
主控:UCC28780
功率电路方案:ACF
能效满足 level VI,CoC tier2
安规:满足CCC
收到样片了,因为手头有案子一直忙,拖到今天才忙里偷闲开贴


20190607_130818.jpg
20190607_131002.jpg

调试中

调试中

满载NV6117电压和电流

满载NV6117电压和电流

负载端电压电流

负载端电压电流

NV6117@15V

NV6117@15V

15V3A

15V3A

NV617@12V

NV617@12V

12V3A

12V3A

NV6117@5V3A

NV6117@5V3A
cmg
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版主
  • 2019-6-10 11:12:25
 
加油!!
mypower21DY
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  • 2019-7-3 11:54:08
 
顶,楼主努力
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-7-9 09:47:47
 
初版原理图和PCB,准备制板了
原理图.JPG
PCB.png
mypower21DY
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副总工程师
  • 2019-7-9 10:30:50
 
很好,顶起
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-7-12 16:47:15
 
这几天下单买一些零件还得练练0402零件的焊接呀焊接完毕调试中,一楼更新
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 14:51:33
 
很久没更新了,手头的事情多顾不上了。样机已经完成一段时间了。看qq群里大家讨论调试的问题,我也总结一下我的经验吧,仅供坛友参考。
这里只就我的一点经验与大家分享,不对的地方欢迎批评指正,不喜欢的请移驾哈。
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 14:56:20
 
1.前期准备工作ucc28780的官方文件,有两个调试相关的,一个datasheet,两个样品的原理图和pcb,这些在官网和大赛相关位置都有下载,就不贴在这里了。
nv6115/7的datasheet
组织方的讲座视频
这些资料是必须看的,至少对于我是这样。



瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 15:04:11
 
资料的关键点:
1.ucc28780的动作原理和时序;
2.样品的pcb布线会给我提供参考;
3.外围零件的选型建议,这个在视频里有提及(稳压管);
4.变压器设计,ACF二次谐振的设置,这个视频讲了,datasheet也有描述和计算;

重点强调一下pcb布线,这个直接影响成败,在Gan系统里需要非常关注。
1.功率回路尽最大可能小,否则高频率和快速开关会严重干扰周围零件的工作;
2.功率回路和信号回路严格区分开。
总体来说就是零件选型和pcb布线。
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 15:30:55
 
2.元器件选型
a.在datasheet有讲到Dsws建议使用TVS,寄生电容很小且动作速度快;
b.启动用的耗尽型mosfet,ti用的是bss126,建议使用DMZ6005E,带有静电防护;
c.原理图用到的2N7002K,这个也是带有静电防护的;
d.nv6115/7周边的稳压管,这个视频有列厂牌型号,照单选,或者按照nv6115/7的要求选;
e.输出同步整流管,选COSS尽可能小的,因为在空载硬开关时会在DS产生尖峰,这个和变压器漏感和开关速度有关,看调试情况;
f.smd零件首选0402封装,当然也要看其承受的电压和功率,原因是减小电路回路面积,降低背干扰的程度.

瀚海一抹砂
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  • 2019-11-2 15:35:38
 
部分零件,稳压管型号厂牌

我选用的稳压管

我选用的稳压管
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 15:40:15
 
3.pcb布局布线
本着功率回路最小,弱信号远离强信号的原则

无标题2.png
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 15:44:33
 
这个是第一次布线制版。装机后可以工作,各个输入输出电压都可以工作,但是有个问题,会烧启动mos


瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 15:50:04
 
这个是第二次制版,修改了一部分走线

无标题2.png
瀚海一抹砂
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  • 2019-11-2 15:54:10
 
这一板是基本ok的,后来在测试的时候发现还是还是有不足
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 16:15:00
 
4.调试
第一版的问题,
a.提前功率保护,查看一番发现bulk电容上忘记并联MLCC,已经预留的位置忘记焊接了。
装上就ok了,Rs上的电流尖峰也小了很多,后来又改了Rs采样电阻和电容参数为
470欧+100pf,就很稳定了,输出短路启动和启动后短路也ok。
b.在输出电压变换的时候,烧启动mos,连带ucc28780和sb8610
反复看datasheet,找不到从哪里下手。用热像仪观察确定不是过热引起的,那就是干扰了。
在这个mos上端串联电阻启动,1.5M电阻够了,并47pf电容保证信号通路。结果好很多,但是
切换20v到5v的时候还是偶尔烧,ok,在gs加ESD防护,再也不烧了。
c.烧输出整流mos,基本也是在电压切换的时候,或者ucc28780模式转换的时候。
这是啥情况啊,抓不到过压,还没有电流探头。抓瞎了。
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 16:19:09
 
这个是次级mos和初级主开关波形
IMG20190802155114.jpg
IMG20190802161907.jpg
IMG20190803163350.jpg
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 16:25:36
  • 倒数10
 
可以看到瞬态的时候主开关没有在谷底开通,于是判断为Vs信号有问题
在看Vs波形,有很高的上冲。查看pcb,原来Vs走线过长了,对比ti的例子,都很短的。
第一版pcb高亮的那根线就是Vs,确实过长,还离高压脉冲有点近。
vs.jpg
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 16:34:31
  • 倒数9
 
发现了问题,解决吧。飞线大法。
需要把内线层的线也分开,手术刀派上用场了。
Vs上电阻紧贴过孔,这是最短的Vs了。改后再没烧启动mos,前面那个串联的电阻也去掉,它会在输入高压段降低工作频率。
保险起见,串联一个220/1206的电阻。

qqqqq.jpg
wwwwwww.jpg
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-11-2 16:36:11
  • 倒数8
 
今天先到这吧
硬件研发工程师
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高级工程师
  • 2019-11-2 18:08:19
  • 倒数7
 
不错不错!
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-12-18 08:44:30
  • 倒数6
 
第二版的调试和测试

整机

整机

整流管电流和氮化镓波形

整流管电流和氮化镓波形

264v开机,输出整流管波形

264v开机,输出整流管波形

264v开机,主开关波形

264v开机,主开关波形

264v,20v3.25a,主开关波形

264v,20v3.25a,主开关波形

热测试

热测试

侧面,变压器

侧面,变压器

管子部位

管子部位

emi传导

emi传导

效率测试

效率测试
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-12-18 10:11:34
  • 倒数5
 
很重要的,在264v下,开机后短路输出,短路后再开机,均通过了测试。
开关机次数,目前只测试到1000次,264v,5v3a。测试过程中没有问题。
瀚海一抹砂
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高级工程师
  • 2019-12-18 10:24:21
  • 倒数4
 
这次的氮化镓设计体验暂时告一段落了,后续有设计体会的时候再和大家分享!
谢谢!
lmyyjx
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高级工程师
  • 2020-3-6 16:38:11
  • 倒数3
 
你好,搞个文档啊
Samuel08855
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  • 倒数2
 
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