UCG2882x：集成GaN的高頻準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器

在電源設(shè)計領(lǐng)域，不斷追求更高的效率、更小的尺寸和更低的成本是工程師們永恒的目標(biāo)。UCG2882x系列產(chǎn)品作為一款集成了750V GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）的高頻準(zhǔn)諧振（QR）AC/DC反激式轉(zhuǎn)換器，為我們帶來了新的解決方案。今天，我們就來深入探討一下這款產(chǎn)品的特點、應(yīng)用以及設(shè)計要點。

文件下載：ucg28824.pdf

一、UCG2882x的產(chǎn)品特性

（一）集成優(yōu)勢與高性能

UCG2882x集成了750V GaN， (R_{ds(on)}) 低至170mΩ，能夠?qū)崿F(xiàn)高達500kHz的開關(guān)頻率，從而提高功率密度。其動態(tài)的QR/DCM/CCM工作模式，可根據(jù)不同的負(fù)載條件自動調(diào)整，確保在寬功率范圍內(nèi)都能保持高效。同時，通過集成多種功能，如輸入和輸出電壓感應(yīng)、電流感應(yīng)、HV啟動、X電容放電等，不僅減少了外部元件的使用，降低了物料清單（BoM）成本，還簡化了系統(tǒng)設(shè)計。

（二）高效與低EMI性能

該系列產(chǎn)品具有出色的效率和低電磁干擾（EMI）性能。在輕載和空載條件下，采用頻率折返和突發(fā)模式，可有效降低功耗，實現(xiàn)超低待機功率（<30mW）。此外，頻率抖動、谷值鎖定和開關(guān)轉(zhuǎn)換速率控制等技術(shù)的應(yīng)用，進一步降低了EMI，使產(chǎn)品更容易滿足各種電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。

（三）全面的保護功能

為了保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，UCG2882x具備全面的保護功能，包括過溫保護、過壓保護、短路保護、逐周期電流限制、兩級過功率保護以及欠壓和過壓保護等。這些保護功能可以及時響應(yīng)各種故障情況，避免設(shè)備損壞，提高系統(tǒng)的可靠性。

（四）靈活的配置性

通過外部電阻，用戶可以靈活配置UCG2882x的各項參數(shù)，如X電容放電和CCM模式禁用、可選的開關(guān)轉(zhuǎn)換速率、多個鉗位頻率設(shè)置、故障鎖定或自動重啟、最大和最小峰值電流比以及抖動幅度等。這種靈活性使得UCG2882x能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，實現(xiàn)個性化的設(shè)計。

二、應(yīng)用場景

UCG2882x適用于多種應(yīng)用場景，如USB - PD適配器、USB墻壁插座、工業(yè)DIN導(dǎo)軌電源和服務(wù)器輔助電源等。特別是在手機快速充電器和筆記本適配器等對功率密度和效率要求較高的應(yīng)用中，UCG2882x的優(yōu)勢更加明顯。

三、產(chǎn)品詳細(xì)解析

（一）器件比較

UCG2882x系列包括UCG28824、UCG28826和UCG28828等不同型號，每個型號針對不同的功率設(shè)計進行了優(yōu)化。例如，UCG28824適用于45W設(shè)計，而UCG28826和UCG28828分別適用于65W和120W設(shè)計。此外，每個型號還有不同的選項可供選擇，以滿足不同的應(yīng)用需求。

（二）引腳配置與功能

UCG2882x采用5mm × 5mm的12引腳QFN封裝，每個引腳都有其特定的功能。例如，HV引腳用于HV啟動、AC線路輸入檢測和X電容放電；SW引腳是集成高壓GaN HEMT的漏極，也是谷值開關(guān)和各種保護的感應(yīng)引腳；FB引腳用于輸出調(diào)節(jié)，通過連接光耦的集電極來實現(xiàn)反饋控制。通過合理配置這些引腳，可以實現(xiàn)對UCG2882x的精確控制。

（三）規(guī)格參數(shù)

在規(guī)格參數(shù)方面，UCG2882x的絕對最大額定值規(guī)定了其正常工作的電壓、電流和溫度范圍。例如，GaN HEMT的最大漏源電壓在不同條件下有所不同，正常工作時為750V，而在浪涌條件下可達800V。此外，ESD額定值、推薦工作條件和熱信息等參數(shù)也為我們的設(shè)計提供了重要的參考。

（四）電氣特性

UCG2882x的電氣特性包括偏置電源、GaN功率晶體管、峰值電流控制、反饋控制和保護等方面的參數(shù)。例如，偏置電源的啟動電流和閾值、GaN功率晶體管的導(dǎo)通電阻和輸出電容、峰值電流的最大值和最小值以及各種保護的閾值等。這些參數(shù)直接影響著UCG2882x的性能和可靠性，在設(shè)計時需要仔細(xì)考慮。

（五）典型特性

典型特性曲線展示了UCG2882x在不同條件下的性能表現(xiàn)。例如，歸一化導(dǎo)通電阻與結(jié)溫的關(guān)系曲線、VCC充電閾值與溫度的關(guān)系曲線以及最大初級峰值電流與溫度的關(guān)系曲線等。通過這些曲線，我們可以直觀地了解UCG2882x的性能變化趨勢，為設(shè)計提供參考。

四、工作原理與關(guān)鍵特性

（一）自偏置與無輔助繞組感應(yīng)

UCG2882x采用自偏置和無輔助繞組感應(yīng)技術(shù)，消除了變壓器的輔助繞組，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，降低了成本。自偏置功能在寬輸出電壓范圍的應(yīng)用中尤為有用，它可以避免額外的功率轉(zhuǎn)換級，減少元件數(shù)量，提高效率。

（二）控制律

UCG2882x采用峰值電流模式控制，通過控制初級側(cè)集成GaN HEMT的開關(guān)來實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換。在每個開關(guān)周期中，當(dāng)初級電流達到峰值時，GaN HEMT關(guān)斷，通過反激作用將能量傳遞到次級側(cè)。通過反饋（FB）引腳的電壓，可以控制初級峰值電流和目標(biāo)谷值，從而實現(xiàn)不同的工作模式，如谷值開關(guān)、頻率折返、突發(fā)模式和連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）。

（三）谷值開關(guān)與其他工作模式

谷值開關(guān)模式是UCG2882x的主要工作模式之一，通過在磁環(huán)的谷值處開啟初級GaN HEMT，可以降低開關(guān)損耗。當(dāng)輸出功率變化時，UCG2882x可以在不同的谷值之間切換，或者進入頻率折返和突發(fā)模式，以提高效率。在重負(fù)載時，還可以進入CCM模式，以提供更高的功率輸出。

（四）保護功能實現(xiàn)

UCG2882x的保護功能非常全面，包括欠壓保護、短路保護、輸出過壓保護、過功率保護和過溫保護等。當(dāng)出現(xiàn)故障時，保護功能會及時觸發(fā)，停止開關(guān)動作，以保護設(shè)備和系統(tǒng)的安全。用戶可以通過在FCL引腳設(shè)置合適的電阻，選擇自動重試或鎖定響應(yīng)模式。

五、應(yīng)用與設(shè)計

（一）典型應(yīng)用示例

以UCG28826為例，它適用于65W的AC/DC反激式設(shè)計，可用于手機和筆記本充電器、USB墻壁插座等。在典型應(yīng)用中，需要合理選擇輸入大電容、變壓器初級電感和匝數(shù)比、輸出電容以及各種選擇電阻等參數(shù)，以滿足設(shè)計要求。

（二）電源建議

UCG2882x適用于通用AC輸入的AC/DC適配器，輸入電壓范圍為85VAC至264VAC，頻率范圍為45Hz至66Hz。在設(shè)計時，需要注意VCC電容的選擇，以確保自偏置機制的正常工作。同時，為了降低轉(zhuǎn)換器的待機功率，VCC電容需要能夠在半個線周期內(nèi)提供足夠的能量。

（三）布局指南

在PCB布局方面，需要遵循一些基本原則，如最小化高電流環(huán)路、分離信號地和高電流地、將旁路電容靠近VCC和GND引腳以及避免開關(guān)噪聲耦合等。合理的布局可以提高設(shè)計的可靠性和可行性，減少寄生電容和電感的影響。

六、總結(jié)

UCG2882x系列產(chǎn)品憑借其集成GaN的優(yōu)勢、高性能、全面的保護功能和靈活的配置性，為電源設(shè)計提供了一種優(yōu)秀的解決方案。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和設(shè)計要求，合理選擇器件型號和參數(shù)，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮UCG2882x的性能優(yōu)勢。你在使用類似產(chǎn)品時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。