必易微“第二代”GaN 快充解決方案 KP2208X——細節拉滿，閃亮登場

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2023-08-14 作者：來源：瀏覽量：網友評論： 0 條

摘要： 定制 ESOP-7 封裝，接近 SOP-8 的成本、媲美 DFN5×6 的散熱能力

產品簡介

KP2202/KP2206X 系列產品為必易微“第一代”GaN 快充解決方案，擁有 500kHz 最高工作頻率、QR 谷底鎖定、GaN 直驅、驅動速度可調、雙繞組供電、過流點準等諸多亮點，并成功應用在酷科 Lighter、聯想餅干、Mophie 迪士尼聯名款等多款快充產品中。

必易微順應市場需求不斷推陳出新，在今年隆重推出了“第二代”GaN 快充解決方案 KP2208X。它不僅保留了 KP2206X 系列的優質基因，同時帶來更簡潔的腳位、更好的細節處理和更實惠的價格：

1、谷底鎖定，鎖住能效、趕走噪聲

2、最高工作頻率 130kHz 和 220kHz 兩檔可選，更多設計空間

3、輕載 SR 應力優化，更多裕量、更多安心

4、驅動電流四檔可選，EMI 裕量和效率裕量可靈活轉化

5、定制 ESOP-7 封裝，接近 SOP-8 的成本、媲美 DFN5*6 的散熱能力

6、集成完備的保護功能

此外，KP2208X 內置的依舊是英諾賽科高壓 E-Mode GaN，其性能和品質已經被行業高度認可。

KP2208X 典型應用框圖

KP2208X 亮點展示

1、谷底鎖定，鎖住能效、趕走噪聲

KP2208X 在 Low Line 下最多鎖定 5 個谷底，在 High line 下最多鎖定 6 個谷底。在高頻設計下，谷底鎖定功能可以防止谷底跳動，避免噪聲，同時帶來最優的轉換效率。此外，谷底鎖定也是搭配 ZVS SR 的必須功能；借助副邊 SR 來實現 ZVS 開通，QR 反激的設計頻率、效率和 EMI 性能都能得到顯著的提升。

ZVS SR 基本原理

2、最高工作頻率 130kHz 和 220kHz 兩檔可選，更多設計空間

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KP2208X 最高頻率配置

KP2208X 復用 CS 管腳以設定系統最高工作頻率，CS 管腳連接如上圖所示。芯片啟動時，KP2208X 通過檢測 RSEL 電阻從而決定芯片最大工作頻率。設定不同的 RSEL 電阻值即可選擇兩檔不同的系統工作頻率上限。選檔判定結束后系統鎖定，每一次啟動都伴隨一次判定。推薦的 RSEL 電阻值與最大工作頻率的關系見下表。

3、輕載 SR 應力優化，更多裕量、更多安心

一般 QR 反激 SR 應力表現

在一般的 QR 反激電源系統中，SR MOSFET 在空載條件下的電壓應力反而高于重載，導致 SR 電壓應力裕量不足；如上圖所示，空載 SR 電壓應力達到了 94.8V，選用 100V SR MOSFET 應力裕量不足。這是因為滿載工作時，原邊 MOSFET 在振蕩谷底開通，開通點 Drain 電壓為 Vbus-N*Vo*k (其中 k<1)；而空載工作時，原邊 MOS 開通點 Drain 電壓為 Vbus。原邊 MOS 開通時反激電源的寄生振蕩等效于二階 LC 諧振模型，原邊 MOS 開通點 Drain 電壓越高，相當于給二階 LC 模型更大的階躍輸入；SR 的電壓應力可等效于對階躍輸入的響應，輸入越大，電壓應力也越高。

KP2208X 優化輕載 SR 電壓應力的原理

如上圖所示，KP2208X 在輕載時，自動調慢了原邊 GaN 的驅動電流，使得 SR MOSFET 在輕載的電壓應力降低，同時又不至于影響滿載的效率。

上表展示了 33W 快充電源的應力測試結果，在 265Vac 輸入、20W 輸出的條件下，SR 在空載的電壓應力只有 81.6V，在滿載的電壓應力是 90.8V。

4、驅動電流四檔可選，EMI 裕量和效率裕量可靈活轉化

KP2208X CS 負壓采樣

為了保障 GaN FET 工作的可靠性和高系統效率，KP2208X 內置了高精度、高可靠性的驅動電路，驅動電壓為 6.2V。KP2208X 的 CS 采用負壓采樣，電流采樣電阻 Rcs 在 GaN 驅動回路之外，GaN 的驅動電壓更加穩定、可靠！

EMI 性能為高頻 AC-DC 轉換器的設計難點，為此 KP2208X 通過 DEM 管腳集成了驅動電流分檔配置功能。如上表所示，通過配置 DEM 管腳分壓電阻值，可以選擇不同檔位的驅動電流，進而調節 GaN FET 的開通速度，系統設計者可以獲得最優的 EMI 性能和系統效率的平衡。

其中，檔位 2 輕載時候驅動電流不會自動調節，檔位 1、3、4 輕載時驅動電流自動變小以優化 SR 的電壓應力。

5、定制 ESOP-7 封裝，接近 SOP-8 的成本、媲美 DFN5*6 的散熱能力

必易微定制的 ESOP-7 封裝，更適合集成 E-Mode GaN，散熱能力媲美 DFN5*6，價格則有潛力跟 SOP-8 做到接近。上表是以 33W 快充作為驗證平臺，對比 ESOP-7 和 DFN5*6 的溫升，可以看到兩者的溫升非常接近。

6、集成完備的保護功能

KP2208X 還集成完備的保護功能，包括：VDD 欠壓保護、VDD 過壓保護、輸入欠壓保護 (Line BOP)、輸出過壓保護 (OVP)、逐周期電流限制 (OCP)、異常過流保護 (AOCP)、過載保護 (OLP)、輸出過流保護 (SOCP)、內置過熱保護 (OTP)、CS 管腳開路保護等。

當輸入電壓低于額定 90Vac 輸入規格時，電源有可能還會繼續工作，此時電源的熱應力和電流應力會高于額定輸入條件，有損壞的風險。KP2208X 集成的 Line BOP 保護，可以保證 GaN 的電流應力不超過 Maximum rating，從而保證 GaN 的可靠工作。

KP22083 33W 方案展示

下面展示了 KP22083+KP40611 33W Demo 方案：

支持 PD 3.0 和 QC 3.0 協議
輸出規格：5V3A/9V3A/11V3A/12V2.5A/15V2A/20V1.5A
Demo 尺寸：26.5mm×26.5mm×25mm
待機功耗<30mW
EMI 滿足 EN55022B Class B，>6dB 裕量
ESD 滿足 IEC61000-4-2，接觸 9kV/空氣 16kV
Surge 滿足 IEC61000-4-5，差模 1.5kV/共模 2.5kV

方案展示

性能展示

效率展示

輸出過載保護功能展示

上圖中所示的輸出過載保護，是從協議芯片前面、輸出電容上拉負載，展示 KP2208X 自帶的 OCP 功能，5V、9V、11V 和 12V 輸出時 OCP 為 3.5A 左右，15V 和 20V 輸出時 OCP 是 2.2A 左右。這個功能相當于給快充電源上了雙保險，即便協議芯片故障，快充電源仍然符合 LPS 標準。