在中大功率AC-DC电源设计中，功率转换效率、器件温升和整机体积是需要重点考虑的因素。特别是在PFC功率因数校正及LLC谐振变换环节，功率开关器件的导通电阻、开关速度和寄生电容，都会直接影响电源的损耗表现。

氮化镓功率器件具备开关速度快、反向恢复电荷低等特点，适合应用于高频功率转换电路。利用氮化镓器件降低开关损耗，再配合LLC谐振拓扑，有助于提高电源转换效率，同时为磁性元件的小型化提供条件。

此前，充电头网曾介绍过英嘉通推出的240W碳化硅PFC+LLC电源方案。近期，充电头网又拿到一款采用英嘉通700V氮化镓功率器件的480W AC-DC电源方案。

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该方案输出规格为48V/10A，采用PFC+LLC两级功率变换架构，分别在前级PFC和后级LLC电路中使用英嘉通氮化镓功率管，并配合碳化硅整流器件、数字控制芯片及同步整流电路。

据了解，该方案在90V交流输入条件下转换效率达到92.5%，在264V交流输入条件下达到95.5%。

下面充电头网来详细介绍一下。

英嘉通氮化镓电源方案外观

从方案整体布局来看，这款方案采用单块PCB设计，集成交流输入滤波、PFC升压、LLC谐振变换以及次级同步整流等功能电路。

从电源板正面来看，PCB右侧为交流输入区域，设有共模电感、安规电容及整流器件，负责输入滤波和交流整流，降低电源工作时产生的传导干扰。

右上方的大型铜线绕组为PFC升压电感，配合功率开关器件进行功率因数校正，将整流后的电压升压至高压直流母线。其左侧的黑色圆柱形电容为高压母线滤波电容，承担储能和滤波作用。

继续向左，可以看到较小的LLC谐振电感以及体积更大的主变压器，分别用于后级谐振变换和高频能量传递。

PCB最左侧排列着四颗63V 470μF滤波电容，配合背面的同步整流MOSFET完成输出整流与滤波，降低输出纹波并改善电源转换效率。

整块PCB的功率器件主要布置在背面，高压氮化镓管采用表面贴装封装，配合较宽的功率走线及散热过孔，有利于缩短电流回路，同时改善器件的散热条件。

实测该方案长度约为148.02mm。

宽度约为77.05mm。

高度约为41.02mm。

重量约为396.1g。

现在详细介绍一下里面用到的器件。

700V氮化镓IGC7E030DL应用于PFC功率级

在PFC功率级中，该方案采用英嘉通IGC7E030DL增强型氮化镓功率晶体管。

IGC7E030DL是一款耐压700V的E-Mode GaN功率器件，采用TOLL封装，典型导通电阻为25mΩ，典型栅极电荷为16nC。在25℃壳温条件下，额定连续漏极电流为60A，脉冲漏极电流最高为100A。

该器件具有较低的导通电阻及较快的开关速度，反向恢复电荷为零，并集成ESD保护。其低导通电阻有助于减少PFC开关管在大电流工作时的导通损耗，而较低的栅极电荷和开关损耗则适合高频功率转换应用。

在这款方案中，IGC7E030DL与PFC升压电感、高压整流器件及母线滤波电容配合，构成前级升压功率转换电路。

PFC控制器根据输入电压及电流反馈调节开关管工作状态，使输入电流波形尽可能跟随交流输入电压，在提升功率因数的同时维持高压母线稳定。

旁边还搭载了两颗英嘉通IGC10065C4B碳化硅肖特基二极管，属于IGC10065系列。

该系列器件耐压650V，正向电流10A，正向压降为1.4V，电容电荷为28nC，提供TO及DFN封装形式，适用于高压整流及PFC功率转换电路。

在这款方案中，两颗碳化硅二极管与英嘉通IGC7E030DL氮化镓功率管搭配，应用于前级PFC升压电路。氮化镓功率管负责高频开关控制，碳化硅二极管承担升压整流工作，两者相互配合有利于减少前级功率转换损耗，提升电源方案整体能效表现。

两颗700V氮化镓组成LLC半桥功率级

除了前级PFC电路，该方案还在后级LLC谐振变换部分使用了英嘉通氮化镓功率器件。

两颗英嘉通IGC7E100SE共同构成LLC半桥功率级。

IGC7E100SE是一款700V增强型氮化镓功率晶体管，采用DFN 8×8封装，典型导通电阻为100mΩ，典型栅极电荷为3.5nC，在400V条件下的输出电荷为32nC，具备快速开关及零反向恢复电荷特性。

与前级采用的25mΩ低导通电阻器件不同，LLC功率级选用100mΩ规格的氮化镓管，在满足电流要求的前提下，可以利用较低的栅极电荷和输出电荷降低驱动及开关过程中的相关损耗。

LLC谐振变换器依靠谐振电感、谐振电容及变压器配合工作，通过调节开关频率控制能量传递。在适当的工作条件下，半桥功率管能够实现零电压开通，减少高压开关过程中电压与电流的重叠损耗。

英嘉通IGC7E100SE具有较快的开关速度和较低的寄生参数，与LLC谐振拓扑相结合，有利于发挥软开关优势。较低的开关损耗也有助于控制功率管温升，为电源提升开关频率、缩小磁性元件体积创造条件。

控制与输出整流电路

该方案控制部分采用恩智浦NXP TEA2017AAT数字可配置PFC+LLC组合控制器，将前级PFC与后级LLC控制功能集成于单颗芯片，支持多种工作模式，并具备过压、过流等保护功能，负责协调电源两级功率转换电路的运行。

次级同步整流控制器采用恩智浦TEA2095，支持双路同步整流控制及自适应栅极驱动，可根据MOSFET漏源电压变化控制开关管的导通与关断，减少次级整流损耗，提升电源转换效率。

次级整流电路采用四颗宜源ET6A80T功率MOSFET，配合TEA2095实现同步整流，降低整流过程中的导通损耗。

同时，输出端配备四颗63V 470μF滤波电容，用于降低输出纹波，并在负载变化时提供一定的储能缓冲，保证输出电压稳定。

充电头网总结

这款480W氮化镓电源方案支持90-264V全电压范围交流输入，输出规格为48V/10A，采用PFC+LLC两级功率变换架构。

前级使用英嘉通IGC7E030DL氮化镓功率管，配合碳化硅肖特基二极管完成PFC升压转换；后级则采用两颗IGC7E100SE氮化镓功率管组成LLC半桥，利用谐振软开关特性降低高频开关损耗。

此外，方案搭配PFC+LLC组合控制器及次级同步整流电路，进一步减少功率转换过程中的损耗。方案在90V交流输入条件下转换效率达到92.5%，在264V交流输入条件下达到95.5%，展现出良好的功率转换效率。

从整体设计来看，英嘉通氮化镓功率管与碳化硅整流器件相互配合，充分利用低导通损耗、快速开关及低反向恢复损耗等技术特点，在保证电源稳定运行的同时，为提高转换效率、控制温升及优化整机体积提供支持。

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