Интегрированные GaN-контроллеры AHB: обзор серии Dongke DK851x

В таких приложениях, как устройства для быстрой зарядки, адаптеры питания для гаджетов, источники питания для мощных светодиодов, асимметричная полумостовая (AHB) топология обретает популярность среди инженеров благодаря своим преимуществам, таким как высокая эффективность преобразования и низкий уровень электромагнитных помех. По сути, AHB — это архитектура источника питания, дополнительно оптимизированная по сравнению с традиционной обратноходовой топологией. Обычно она характеризуется двумя основными коммутирующими ключами и последовательным конденсатором, что не только более эффективно задействует энергию индуктивности рассеяния трансформатора, но и упрощает реализацию включения при нулевом напряжении (ZVS) главного силового ключа. Данный функционал снижает потери на преобразование и тепловое рассеяние, помогая источнику питания достичь лучшего баланса между эффективностью, плотностью мощности и миниатюризацией конструктива.

Рынок контроллеров на топологии AHB начинает активно формироваться. Особенно после выхода обязательного национального стандарта GB 20943-2025 «Пределы энергоэффективности и классы энергоэффективности для источников питания переменного и постоянного тока» 24 января 2025 года и его вступления в силу 1 февраля 2027 года.

Требования к источникам питания с точки зрения эффективности преобразования, энергопотребления в режиме ожидания и коэффициента мощности были дополнительно уточнены, а область применения расширена до внешних источников питания с номинальной выходной мощностью не более 500 Вт и встроенных источников питания для микрокомпьютеров и серверов с номинальной выходной мощностью не более 27,5 кВт.

Таким образом, ожидается, что решения на основе AHB, которые могут помочь повысить общий КПД системы, снизить тепловые потери и поддержать конструктивы с высокой удельной мощностью, будут и дальше привлекать все больше внимания производителей; особенно в сочетании с GaN и высокоинтегрированными контроллерами, их инженерная ценность будет и далее возрастать. Задействование интегрированного нитрида галлия стало заметным трендом в современных микросхемах контроллеров с асимметричной полумостовой (AHB) топологией.

Компания Dongke в настоящее время представляет несколько контроллеров с топологией AHB на основе GaN-решений. Это означает дополнительную интеграцию GaN-устройств в контроллер, что упрощает проектирование периферийных устройств, сокращая критически важные размеры и оптимизируя использование пространства на печатной плате. Это отвечает долгосрочному спросу на более тонкие и легкие конструкции и более высокую плотность мощности на рынках потребительских устройств быстрой зарядки и адаптеров питания. Особенно в AC/DC приложениях малой и средней мощности инженерная ценность, обеспечиваемая улучшенной интеграцией, становится всё более очевидной, что является одной из важных причин непрерывного роста числа изделий с интегрированными GaN-компонентами.

• DK8518 интегрирует GaN-транзисторы с нормально-закрытым каналом и сопротивлением открытого канала 101 мОм, поддерживает выходную мощность 180 Вт и является самой мощной моделью в серии, подходящей для сценариев быстрой зарядки с высокой мощностью.

• DK8515 оснащен 160 мОм GaN-устройствами в едином корпусе, поддерживает выходную мощность 150 Вт. Это полностью интегрированное монолитное решение обладает существенно сниженными высокочастотными паразитными параметрами и низким уровнем выходных пульсаций.

• DK8512 оснащен GaN-устройствами 249 мОм в монолитном корпусе, входит в ту же серию, что и 8510, поддерживает выходную мощность 120 Вт с диапазоном рабочего напряжения от -0,3 до 27 В и минимальным числом внешних компонентов.

• DK8510 оснащен GaN-транзисторами с сопротивлением 330 мОм в едином корпусе, со встроенным высокочастотным 800 кГц ключом и функцией разряда суперконденсатора. Он поддерживает широкий диапазон входного напряжения 90–264 В и обеспечивает выходную мощность до 100 Вт.

Компания Dongke полным образом охватила основной диапазон мощности от 100 до 180 Вт за счет градации сопротивления транзисторов в открытом состоянии.

По сравнению с более ранней серией DK871xx, DK851x дополнительно интегрирует функцию разряда суперконденсатора с возможностью высокочастотного преобразования на частоте 800 кГц.

Второе поколение серии DK851x («B») характеризуется несколько меньшим излучением энергии, но оптимизация излучения во всем диапазоне 30-300 МГц может потребовать добавления алюминиевого электролитического CDS конденсатора емкостью 10 пФ.

В настоящее время компания Dongke успешно сформировала всеобъемлющий и хорошо структурированный портфель продуктов, включающий более 30 серий и более 100 моделей. Ассортимент продукции включает в себя несколько технологических направлений, таких как AHB, QR, ACF и LLC, с диапазоном мощности от 12 Вт до 300 Вт.

Монолитная интеграция эффективно объединяет силовые GaN HEMT транзисторы, схемы управления и драйвера, а также интеллектуальные функции защиты в едином чипе.

Такой подход полностью преобразует сложную конструкцию традиционных многокомпонентных дискретных систем, сокращая количество периферийных компонентов более чем на 60%.

Это значительно повышает удельную мощность и эффективность преобразования, снижает системные затраты и сложность конструкции, а также обеспечивает конечным потребителям исключительный пользовательский опыт благодаря меньшим габаритам, более высокой эффективности и упрощенной конструкции изделия.

Макетные платы адаптеров питания разработаны в расчёте на мощности 100 и 150 Вт и обеспечивают КПД свыше 92% во всём диапазоне нагрузок и входных напряжений. При этом даже не оптимизированные по размерам конструктивы легко размещаются на ладони, не превышая 15 см по длине и 6,5 см по ширине.

В качестве сопровождающих контроллер синхронных выпрямителей, пара которых используется в типовой схеме, рекомендуются таковые серии DK5V – № 1 по объёму поставок в Китае (более 3 млрд штук).

Dongke обеспечивает выбор из более чем 200 моделей номиналами 45–150 В, сопротивлением встроенного полевого транзистора N-типа 5–30 мОм, в 5 типах корпусов: TO-252, PDFN5*6, SOP-8, TO220F, SM7. В их числе запатентованные двухконтактные варианты корпусов TO220F, SM7, оптимизированные для обеспечения максимального теплоотвода.

Выпрямители тестированы и на них валидированы режимы преобразования сигнала DCM/QR/CCM, PSR/SSR, DoE Level 6.

Помимо серии DK851x, компания Dongke предлагает широкий спектр решений для построения AC/DC-преобразователей различной мощности и топологии. В продуктовый портфель входят контроллеры квазирезонансных обратноходовых преобразователей (QR Flyback), асимметричных полумостовых источников питания (AHB), обратноходовых преобразователей с активным ограничением (ACF), контроллеры корректора коэффициента мощности (PFC), синхронные выпрямители и интегрированные GaN-решения.

Для приложений мощностью до 80 Вт доступны QR-контроллеры серии DK80, а для диапазона 100–180 Вт — высокоэффективные AHB-контроллеры серии DK85, обеспечивающие примерно на 10 % лучшую энергоэффективность по сравнению с предыдущим поколением DK87. Для решений мощностью 65–100 Вт компания предлагает серию ACF-контроллеров DK8607AD и DK8610AD с рабочей частотой до 1 МГц.

Отдельного внимания заслуживают интегрированные силовые GaN-транзисторы серии DK***G70, предназначенные для применения в топологиях Flyback, PFC, AHB и LLC. Эти устройства позволяют заменить традиционные кремниевые MOSFET без существенной переработки схемы и обеспечивают повышение эффективности преобразования при снижении габаритов конечного изделия.

Для построения высокоэффективных источников питания Dongke также предлагает линейку контроллеров синхронного выпрямления серии DK5V с интегрированным MOSFET-транзистором. Серия включает более 200 модификаций с рабочим напряжением от 45 до 150 В и сопротивлением открытого канала от 3 до 30 мОм, что позволяет подобрать оптимальное решение для различных режимов работы преобразователей.

Дополнительно для ускорения разработки компания предоставляет инженерные инструменты расчёта периферийных компонентов и наборы отладочных плат, что позволяет существенно сократить сроки вывода новых изделий на рынок.

Широкий охват топологий и мощностных диапазонов позволяет использовать решения Dongke Semiconductor как в компактных адаптерах питания и зарядных устройствах, так и в промышленных источниках питания, светотехническом оборудовании и телекоммуникационной аппаратуре. Наличие единой экосистемы контроллеров, синхронных выпрямителей и GaN-компонентов упрощает разработку новых устройств и способствует достижению высоких показателей энергоэффективности.

За получением более подробной информации и технической поддержки в Вашей разработке обращайтесь к специалистам Теллур Электроникс по телефону +7 495 120-50-91 или по электронной почте info@tellur-el.ru.