英集芯Boost PFC+Flyback 100W解决方案

本文分享一款基于Boost PFC和QR反激架构的100W笔记本电脑适配器解决方案。该方案由IP2015、IP2075_36D、IP2028、IP2723TH四芯片套片组成。

IP2015为多模兼容的PFC控制器，能兼容Buck PFC和Boost PFC两种拓扑应用，用于Buck PFC时，IP2015低压输入工作于单周期CCM工作模式，高压输入工作于COT模式；用于Boost PFC时，IP2015全电压输入工作于COT模式。本文档参考设计中，IP2015能够根据输入高/低压实现输出电压的自动调整，在输入低压制式（90-132VAC）下，输出电压稳定在310V左右，在输入高压制式（176-264VAC）下，输出电压稳定在390V左右，已实现整个系统效率的最优化。

IP2075系列为内置700V增强型GaN HEMT的多模态反激式转换器，其中IP2075_36D为DFN6*8封装，内置350mOhm max GaN HEMT，搭配升压PFC的应用下，可以满足高达140W输出功率的应用。

IP2028为120V耐压的，具备伏秒积防误开的同步整流控制器，可以用于CCM/DCM/QR/ZVS/ACF/AHB等多种类别的反激式原边控制拓扑。

IP2723TH为单次可烧录的，支持多种快充协议的控制器。

• 芯片亮点

IP2015

• 低压CCM高压COT混合工作模式

• 全数字控制模式，集成PID环路补偿

• 支持输出电压动态跟随输入电压

• 内置高压启动、X电容放电功能；
  

• 兼容Si MOSFET/GaN HEMT驱动

• 完善的保护功能

IP2075_36D

• 内置700V/350mR GaN HEMT

• VDD工作电压高至75V

• 可选配的驱动开通/关断速度

• 内置高压启动、X电容放电功能

• 完善的保护功能

IP2028

• 检测管脚支持120V电压

• 兼容CCM/QR/ZVS/ACF/AHB，多种原边工作模式

• 支持High/Low Side工作模式

• 支持高压取电功能

• 上电Gate钳位功能
  

IP2723TH

• 支持QC全系列快充协议

• 支持MTK、AFC、SCP等多种快充协议

• 支持UFCS快充协议

• 支持PD协议

• 完善的保护功能

• Demo介绍

• 规格：

输入电压：90Vac-264Vac

输出规格：5V3A,9V3A,15V3A,20V5A

待机功耗：< 150mW

平均效率：满足CoC_V5_Tier2能效要求

输出电压纹波：< 200mV

快充协议：IP2723T支持PD2.0/PD3.0/PPS/QC2.0/QC3.0/AFC/SCP/

FCP/PE+ 1.1&2.0/Apple 2.4A,/Samsung 2.0A/BC1.2

• 实物图：

PCBA尺寸：54mm(L)*55mm(W)*23.5mm(H)

• 原理图：

PFC功率部分如下：

PFC控制部分如下：

DC功率部分如下：

协议控制部分如下：

PFC控制与VCC供电部分如下：

• PFC电感规格：

ATQ2516：

• 变压器规格：

变压器采用线绕ATQ2716的变压器。

• 测试数据

• 空载待机功耗

• 输入电流

	115V/60Hz	230V/50Hz
20V/5A
20V/3.75A

• 输入谐波

实测输入电流谐波如下图，输入功率大于75W以上场景下，输入电流各次谐波均满足Class-D标准的谐波电流要求且有较大裕量。

• 掉电保持

测试说明	1、测试输入掉电开始到输出电压维持在90%Vo的时间 2、步进增加掉电相位，寻找最恶劣相位点，保持最短时间。
输出\输入	90V 45度	264V 45度
20V5A	46.09ms	68.28ms
20V2.5A	19.53ms

测试最恶劣条件：输入90V/50Hz，45度相角下电。

测试条件：输入90V/60Hz，输出20V5A

测试结果：满载掉电保持时间为46ms，半载下PFC不工作，掉电保持为19ms

• 输出电压纹波

输出	90V/60Hz	115V/60Hz	230V/50Hz	264V/50Hz
	每个电压档位，负载由空载到满载/满载到空载缓慢切换，寻找纹波最大值
20V5A	94mV	100mV	94mV	87mV
5V3A	67mV	64mV	55mV	56mV

测试条件：输入90V/60Hz，输出20V5A

测试结果：Vp-p=94mV

测试条件：输入115V/60Hz，输出20V5A

测试结果：Vp-p=100mV

测试条件：输入230V/50Hz，输出20V5A

测试结果：Vp-p=94mV

测试条件：输入230V/50Hz，输出20V5A

测试结果：Vp-p=87mV

测试条件：输入90V/60Hz，输出5V3A

测试结果：Vp-p=67mV

测试条件：输入115V/60Hz，输出5V3A

测试结果：Vp-p=64mV

测试条件：输入230V/50Hz，输出5V3A

测试结果：Vp-p=55mV

测试条件：输入264V/50Hz，输出5V3A

测试结果：Vp-p=57mV

• 功率MOS应力

测试条件：Vin=264Vac，Vout=20V 5A

测试结果：PFC的GANHEMT电压应力443V，小于700V上限，降额约63%

测试条件：Vin=264Vac，Vout=20V 5A

测试结果：反激原边MOS的Vds电压应力635V，小于700V上限，降额约90.7%。

测试条件：Vin=264Vac，Vout=20V 5A

测试结果：反激副边SR MOS的Vds电压应力81.9V，小于100V上限，降额约81.9%。

• EMI传导测试

Vin=230Vac/50Hz，20V5A

L线 负载接地	N线 负载接地

Vin=230Vac/50Hz，20V5A

L线 负载不接地	N线 负载不接地

Vin=115Vac/60Hz，20V5A

L线 负载接地	N线 负载接地

Vin=115Vac/60Hz，20V5A

L线 负载不接地	N线 负载不接地

• EMI辐射测试

Vin=230Vac/50Hz，20V5A，负载不接地

水平	垂直

Vin=115Vac/60Hz，20V5A，负载不接地

垂直	水平

Vin=115Vac/60Hz，20V5A，负载接地

水平	垂直

Vin=230Vac/50Hz，20V5A，负载接地

垂直	水平