La scheda di valutazione EPC9171 converte un ingresso universale AC da 90 a 265 V in una tensione di uscita DC regolabile in un ampio intervallo da 15 V a 48 V. Questo progetto di riferimento può fornire 240 W di potenza massima in uscita a 48 V di tensione e 5 A di corrente di carico. EPC ha annunciato la disponibilità della scheda di valutazione EPC9171, un alimentatore completo con ingresso universale in alternata da 90 V – 260 V e uscita in continua da 15 V – 48 V, per realizzare caricatori ultraveloci conformi alle specifiche USB PD3.1. Questo progetto di riferimento può erogare 240 W di potenza massima con tensione di 48 V e corrente di carico di 5 A. L’eccezionale densità di potenza di circa 1,1 W/cm3 viene ottenuta grazie all’utilizzo di switch di potenza al nitruro di gallio (GaN), che lavorano ad alta frequenza di commutazione, sia nel circuito primario che in quello secondario. Questo progetto di riferimento da 240 W occupa uno spazio di soli 83,7 mm per 83,7 mm, equivalente a una densità di potenza superiore del 79% a quella dei più recenti caricabatteria slim USB PD3.1 da 140 W, pur erogando 240 W di potenza in uscita – ben 100 W di potenza in più!
La topologia di conversione utilizzata nel progetto della scheda EPC9171 comprende uno stadio di correzione del fattore di potenza (PFC), un convertitore boost a due fasi interlacciato e uno stadio di potenza risonante LCC isolato. A differenza dei ben noti stadi di potenza risonanti LLC, che soffrono di una gamma limitata per la tensione di uscita, i convertitori risonanti LCC sono la soluzione ideale per le applicazioni multipunto con un ampio intervallo della tensione di uscita. La scheda EPC9171 è una soluzione “Tutto GaN” che utilizza dispositivi in GaN per i circuiti PFC, LCC e la rettificazione sincrona nel secondario. La soluzione GaN commuta a una frequenza da due a tre volte più alta rispetto alle soluzioni standard con transistor MOSFET in silicio, il che permette di ottenere una densità di potenza molto elevata.
Nello stadio di correzione del fattore di potenza, gli switch di potenza in GaN lavorano ben al di sopra dei 200 kHz, consentendo di utilizzare induttori PFC di piccole dimensioni. Il convertitore risonante LCC lavora nella gamma di frequenze da 350 a 580 kHz, il che aiuta a ridurre le dimensioni del trasformatore di potenza, così come quelle degli altri componenti passivi presenti nel circuito risonante. Lo stadio raddrizzatore sincrono impiega una coppia di transistor FET GaN EPC2218 da 100 V nominali e 3,2 mΩ sul lato secondario dello stadio LCC. I transistor FET GaN vengono pilotati da dei regolatori veloci del raddrizzatore sincrono, per minimizzare le perdite sull’intera gamma di tensioni e correnti di uscita e facilitare la realizzazione di una soluzione per la dissipazione termica semplice ma efficace.
Con una potenza di ben 240 W, questa soluzione può essere utilizzata non solo per la ricarica USB ultra-veloce di laptop, notebook e smartphone, ma può anche estendere la ricarica USB ad altre applicazioni che richiedono 240 W, come PC da gioco, eBike ed eScooter. Poiché il costo delle batterie a 48 V continua a diminuire, stanno emergendo ulteriori applicazioni per i caricatori AC/DC a commutazione. I transistor FET e i circuiti integrati eGaN garantiscono la capacità di commutazione veloce, le dimensioni ridotte e l’elevata efficienza che sono necessarie per ridurre ulteriormente le dimensioni e il peso dei caricatori veloci USB PD3.1, diminuendo al contempo il tempo di ricarica. La scheda EPC9171 è un esempio ideale di come la tecnologia GaN sia in grado di offrire la miniaturizzazione, l’altissima efficienza e le eccellenti prestazioni termiche per realizzare caricabatterie in grande serie utilizzando dispositivi a basso costo e disponibili in pronta consegna.
