电动车锂电池充电市场或洗牌，富源电推出168W氮化镓锂电池充电器
前言
前不久充电头网拆解了多个电动车充电器，这些电动车充电器均采用反激架构和二极管整流，并配有散热风扇。转换效率低，体积较大不说，在长时间使用后内部积灰影响散热效果，且风扇噪声也会变大，影响可靠性的同时还会缩短使用寿命。
据央视网科技报道数据显示，全国每年发生约 2000 起与电动自行车有关的火灾，其中 80% 是充电时引发。电动车电池发生爆炸、自燃等现象已经造成了不少人员伤亡、财产损失，政府相关部门也对之投以极大的重视。
所以优化传统充电器的设计，去掉散热风扇，增加充电器防尘防水等级，采用PFC+LLC+SR架构去提升产品可靠性成了最重要的课题。
要解决这个问题，高效的电源方案和第三代半导体是必不可少的，通过使用PFC+LLC+SR架构，泰高技术的GaN驱动+HEMTs 功率芯片，可以在无需主动散热的前提下显著缩小体积，使大功率充电器的尺寸与常见适配器相仿，更加便于携带。
深圳市富源电电源有限公司是一家专业的开关电源供应商，产品包括平衡车充电器，智能家居电源，POE电源，电动车充电器，安防摄像头电源以及通用，专用开关电源。公司业务全面，并具有全球多个国家的电子产品安规认证和环保认证，实力雄厚。
作为一家深耕电源行业14年的充电器企业，富源电研发的产品有着完善的技术专利，获得国内外600多项标准认证，也是国内唯一参与制定美国UL2272标准的充电器企业。富源电深知产品安全作为用户的基本诉求，是企业必担的责任，在这个追求利益风气盛行的时代下，富源电仍坚守本心，坚持科技创新，曾多次被央视（二套）财经频道采访和报道，不断琢磨做出更好的产品，兼顾品质与安全，做世界上最安全的充电器是富源电的使命，为了延续这样的使命，富源电引入了泰高技术的GaN驱动+HEMTs 功率芯片，并应用到锂电池充电器中。
这款充电器内置四颗泰高技术的GaN驱动+HEMTs 功率芯片，采用全封闭密封设计，输出功率为168W，支持 36V 锂电池与48V锂电池充电，内置充饱转灯功能，并具有过压保护，过流保护，短路保护，过热保护等保护功能，满足电动车的锂电池充电应用。下面充电头网就对这款充电器进行拆解，一起看看内部的方案和用料。
富源电168W氮化镓锂电池充电器外观
富源电168W氮化镓锂电池充电器基于泰高技术GaN驱动+HEMTs 功率芯片设计生产，样式和一般90W笔电适配器一样，但相较此前充电头拆解的几款电动车充电器来说，已经不再需要风扇进行主动散热，并且功率密度大于同功率的传统电动车充电器 1倍以上，这就证明了这款充电器有着非常优秀的效率。
相关参数信息：
额定输入电压：100-240Vac
输出电压范围：29.4V-67.2V
电流范围：0-5.5A
推荐电压电流：42V4A 54.6V3A
额定输出功率：168W
效率：≥93.5%（AC 90V/60Hz）
环境温度：25°
IP53 放尘防水等级
保护功能：过压保护、过流保护、短路保护、过温保护、充满自动断电、防倒
机身上设有指示灯，转灯电流：小于400mA 红灯转绿灯。指示灯亮绿光表示待机模式，亮红光表示充电模式， 红灯转绿灯表示充满电 。
输入端采用8字插口，插口母座独立模块设计。
测得充电器机身长度为139.75mm。
宽度为61.88mm。
厚度为35.04mm。
输出DC线缆长度约1.2米。
拿在手上的大小直观感受。
另外测得充电器净重约为437g。
富源电168W氮化镓锂电池充电器解析
拆开充电器外壳，内部PCBA模块包裹麦拉片以及散热片帮助散热，此外有导热垫帮助核心器件散热。
测得模块长度为131.77mm。
宽度为51.96mm。
厚度为23.83mm。
输入端整流桥固定弯折散热片上进行散热。
富源电这款氮化镓充电器采用PFC+LLC+SR架构，使用高效架构搭配同步整流，大幅提高转换效率，并使用氮化镓器件，降低开关损耗，进一步提升开关频率，减小充电器体积。
PCBA模块正面一览，左侧为电源输入插座，焊接保险丝，EMI滤波电路和整流桥，向右依次焊接PFC升压电感，谐振电感和LLC变压器，在上方焊接高压滤波电容，变压器右侧焊接固态电容和输出线。
背面焊接PFC升压开关管，PFC整流管，电源主控芯片，LLC开关管，右侧焊接反馈光耦，同步整流控制器，同步整流管和运放。PCBA模块背面白色框为导热垫粘贴位置，对应四颗泰高技术的GaN驱动+HEMTs 功率芯片。
这款电源采用PFC+LLC+SR开关电源架构设计，PFC电路进行功率因数校正，LLC电源采用同步整流输出，由运放根据输出电流进行恒流恒压控制。下面就对这款电源方案进行介绍，看看设计和用料。
电源适配器初级主控芯片来自恩智浦，型号为TEA2017AAT，是一款数字化可配置LLC和PFC组合控制器，用于高效谐振电源。芯片包括LLC和PFC控制器功能。PFC经配置可在DCM/QR、CCM固定频率或支持所有操作模式的多模式下运行，优化PFC效率。
芯片内部集成高压启动和X电容放电，内部集成驱动器，可直接驱动高压上管，无需外置驱动器。PFC可配置为DCM/QR，DCM/QR/CCM混合模式和CCM固定频率三种运行模式，满足不同功率应用需求。
PFC升压开关管使用两颗泰高技术第二代的 TP44100SG GaN驱动+HEMTs 功率芯片。泰高技术 TP44100SG 是一颗650V耐压，最高瞬态耐压900V，90mΩ导阻的GaN驱动+HEMTs 功率芯片，支持6V 与大于12V信号控制，支持氮化镓直驱控制器与传统控制器使用。
泰高技术 TP44100SG GaN驱动+HEMTs 功率芯片不需要VCC供电，应用在PFC＋LLC 或 无桥PFC＋ AHB 等大功率拓扑的设计提供更可靠与更简单的设计。 针对 TP44100SG GaN驱动+HEMTs 功率芯片做并联去应用输出电流大于60A的设计，其外围器件简单并且可以实现最多6颗合封GaN驱动+HEMTs 功率芯片做并联。
泰高技术TP44100SG支持单管，半桥应用，适用于AC-DC，DC-DC，DC-AC应用，支持标准PFC和图腾柱PFC应用，支持高频LLC应用，支持快充、笔记本电源等充电应用。支持LED照明、电机驱动与服务器电源应用。
泰高技术 TP44100SG 采用QFN5*7mm²封装，具有加强的散热性能，其散热的性能足跟市面上QFN6x8mm² 与 QFN8x8mm² 芯片封装相竞争，封装具有低电感，适合高频高功率密度电源使用。
PFC整流管来自美浦森，型号为MSM06065G1，采用两颗并联。是一颗650V耐压，150℃连续正向电流6A的碳化硅二极管，采用DFN5*6封装，超薄封装节省体积，适用于高功率密度的大功率氮化镓快充应用。
LLC半桥开关管采用两颗泰高技术 TP44200SG GaN驱动+HEMTs 功率芯片，泰高技术的氮化镓电源芯片TP44200SG，是一款额定电压650V的GaN驱动+HEMTs 功率芯片，导阻180mΩ，能满足中功率移动设备和消费类电力电子市场的需求，加速淘汰低速开关频率的传统硅芯片，抢占中功率充电市场。
这款180mΩ TP44200SG采用5*7mm小型PQFN封装，拥有专利的集成散热技术，适用于高效率，高功率密度的电源系统，其产品的电流承载能力提高了50％。
初次级之间两颗光耦分别用于PFC控制和输出电压反馈调节。
同步整流控制器来自MPS，型号MP6924A，是一颗LLC同步整流控制器，具有更强的抗干扰度和快速关断功能，可兼容CCM/DCM模式。MP6924A内部集成了两个同步整流控制器，分别用于LLC两个次级线圈输出的整流应用，适用于LLC转换器同步整流应用。
LM358双运放用于恒压恒流及转灯控制。
3296多圈电位器用于输出电压微调。
关于泰高技术
深圳市泰高技术有限公司成立于中国深圳, 主要从事为第三代半导体硅基氮化镓材料技术的集成电路的研发和销售， 其芯片设计中心位于美国芝加哥，其产品应用中心位于中国深圳与厦门。
泰高技术的研发团队早在2010年IR公司就研制先进的氮化镓芯片并掌握其重要氮化镓发明专利，现有研发团队在射频和功率半导体领域深耕超过20年。 我们具有卓越的芯片设计能力，现有产品包括 RF 射频开关（GaN-On-Si 宽带技术） 、 RF高功率放大器（GaN-On-SiC DHEMT 技术）、电源功率芯片（GaN-On-Si EHEMT 技术），全部具有国际领先水平。
泰高技术正由一支在半导体行业管理经验超过15年的团队运营着，我们将持续投入资源在射频和功率芯片相关的工艺技术提升上，朝着降低能耗，降低成本，提供高可靠性的目标前进
“泰高, 让设计变简单”是我们理想，实现这个理想得益于我们通过精巧的布局，使得工程师更加便捷设计，为产品更高效、更小、更可靠的全新解决方案带来更多可能。
泰高技术已完成 150W 至 600W 的符合新国标的氮化镓锂电池充电器方案，持续推出中
充电头网拆解总结
富源电推出的这款锂电池充电器一改传统充电器体积较大，重量重，不好收纳，产品可靠性差等缺点。富源电使用泰高技术GaN驱动+HEMTs 功率芯片和高效LLC同步整流电源架构，大幅提升了电源转换效率，并且显著缩小体积。使得电动车充电器与常见的氮化镓适配器体积相仿，便于携带的同时大大提升了用户使用体验。
这款充电器采用PFC+LLC+SR高效架构，采用恩智浦TEA2017二合一主控芯片，PFC升压使用两颗TP44100SG 650V 90mΩ GaN驱动+HEMTs 功率芯片并联，LLC半桥使用两颗TP44200SG 650V 180mΩ GaN驱动+HEMTs 功率芯片组成半桥，并使用MP6924A搭配MOS管组成同步整流。泰高技术GaN驱动+HEMTs 功率芯片支持6V或大于12V驱动电压，支持氮化镓直驱控制器和传统控制器使用。
PCBA模块对应GaN驱动+HEMTs 功率芯片的位置粘贴导热垫，利用散热片为功率芯片散热，散热要求大大降低，不再需要内置风扇，避免积灰和风扇噪声影响使用。内部电容采用永铭长寿命电解电容，输出滤波采用固态电容，内部设计紧凑，整体做工扎实，用料可靠。
泰高技术引领新国标锂电池充电器的设计与输出，产品覆盖84到350W
在5月15日，充电头网举办了2024电动自行车新国标充电器技术线上研讨会，旨在探讨实施的众多新标准对电动自行车充电器行业的影响、技术创新及市场趋势。
在本次研讨会中，泰高技术的代表Tino Pan为我们阐述泰高技术如何将氮化镓器件巧妙融入锂电池充电器的全套解决方案，并探讨如何通过这一创新技术提升锂电池充电的安全性。
Tino Pan在锂电池产品应用开发的领域，已深耕超过二十年，对于多节锂电池管理、电池电量计量及大功率锂电池充电器设计等关键技术有着深入的理解与实践经验。
在当前的电动自行车市场中，有铅酸电池与锂电池两种，其中锂电池因高能量密度和长循环寿命而成为主流选择之一。这些锂电池主要分为三大类：方型电池、软包电池和圆柱电池。值得注意的是，电池Pack厂通常根据铅酸电池的电压等级来划分多串锂电池组。
具体而言，24V 的铅酸电池对应于 7 至 8 串的锂电池组合，36V 的铅酸电池对应于 10 至 12 串的锂电池组合，48V 的铅酸电池对应于 13 至 16 串的锂电池组合，60V 的铅酸电池对应于 17 至 20 串的锂电池组合，而 72V 的铅酸电池则对应于 20 至 24 串的锂电池组合。
在国标 GB17761 电动自行车安全技术规范的背景下, 该规范明确规定，电动自行车使用的电池最大输出电压不得超过 60V。因此，48V 电池作为符合新国标要求的关键产品，其电池充电器的准确性和安全性显得尤为重要。
锂电池管理乃是一门相当专业的学术领域，其核心在于对锂电池这一敏感组件的精细调控与分析。 我们将从电池内阻与容量的视角，深入简出地去说明。首先，从图面可以审视电池从满充电到完全放电的历程，特别关注不同工作温度下电池内部的微妙变化。实验数据显示，当电池放电深度在约 50%，其内阻即呈现出显著差异。尤其在 0 度与50 度的温度区间内，电池阻抗的差异可高达三倍之多。因此，电池内阻的阻抗特性，在极大程度上受到温度、电荷状态以及老化程度的影响。
经过实验分析，在相同室温条件下，对同一枚锂电池进行了 100 次充放电循环测试。从左边数据显示，随着充放电次数的累积， 电池容量呈现下降趋势，具体表现为容量减少了 3% 到 5% 。这一现象明确指向随着使用次数的增多，电池内阻逐渐增大导致电池容量减少。此外，从右侧的图表中可以观察到，在经历了 100 次充放电循环后， 电池的交流阻抗值几乎翻倍。这一结果更进一步证实了电池性能随充放电次数增加而退化的规律。
在设计多颗电池级联系统时，必须认识到由于电池内阻的差异，导致各个电池的电压表现将不尽相同。因此，为了确保电池组的稳定性和性能，锂电池保护板上必须集成电池平衡机制。
电池组失衡，特指电池组内各电池在充放电过程中，电压不一致的现象，其后果包括但不限于：
1.电池组整体运行时间缩短；- 充电或放电过程提前终止，影响能量利用效率；
2.电池组循环寿命显著降低；- 电池因电压超出或低于安全限制而承受额外压力。
电池平衡机制的作用在于，通过调整电池间的电压差异，确保各电池在相近的时间内达到满电状态，从而：
1.最大化电池组的运行时间；
2.避免因过度充电对性能较弱的电池造成损害；
3. 有效延长电池组的整体使用寿命。
因此，电池平衡不仅是电池管理系统中的一个技术细节，更是确保电池组性能、安全及寿命的关键措施。在设计和实施电池管理系统时，必须高度重视电池平衡机制的引入和优化。
因此，为了确保电池组的稳定运行和延长使用寿命，必须使用具有电池平衡功能的锂电池保护板。已知电池组的失衡是一个常见且容易发生的问题。在电池充电过程中，若电池单体的充电电压超过其额定的满充电电压，将会导致电池寿命急剧下降。如右图所示，当电池的满充电电压超过其额定值后， 电池的寿命可能会减少 50%。
在锂电池平衡机制的众多方案中，启动平衡机制主要包括电池 SOC 比较法、 电池内阻比较法、电池容量比较法以及电池电压比较法。其中，电池电压比较法因通用性和经济性而成为一种广泛采用的方法。该方法保护芯片通过，对比相邻电池的电压高低来实现平衡，这一过程通常在恒压阶段的低充电电流条件下进行，这意味着需要经历多次充放电循环才能达到电池电压的平衡。然而，必须指出的是，电池内阻和容量的差异无法通过这种平衡机制得到有效改善。
市场上普遍采用的被动式电池电压平衡电路。在充电阶段，一旦充电电流降至额定值的五分之一以下，保护芯片内置的电路将依据电池电压激活平衡机制。该机制通过外部电阻对电压较高的电池进行分流，以减少其充电电流，从而实现电压平衡。为确保此机制的高效运作，电池组的BMS系统必须指示(透过通信互联接口协议）充电器相应地降低充电电流或是透过充电器本身的充电算法。
泰高技术推进以下战略方针：
1. 泰高技术致力于精心研发一系列高性能的GaN HEMTs，器件经过优化，旨在无缝替代传统的Si MOSFETs，从而在电子领域引领一场技术革新。
2. 泰高技术的产品设计理念强调兼容性与便捷性，确保GaN HEMTs能够与现有的PWM控制器 IC 直接对接，无需GaN驱动芯片，以此简化系统集成过程，降低设计难度。
3. 泰高技术专注于为电动自行车、电动摩托车、电动工具以及工业市场提供量身定制的解决方案。泰高技术的GaN HEMTs专为这些领域的特定需求而设计，旨在推动这些行业的电气化进程，同时确保产品的高效能与可靠性。
泰高技术的产品的创新性：
1.其在效率、功率密度、散热、静电放电（ESD）保护以及集成度方面的性能，均达到了行业的优秀水平。体现了泰高技术对技术精益求精的追求，更是对产品质量承诺的坚定践行。
2.泰高技术的产品通过其独特的设计和先进的技术，极大地缩短了客户在设计和开发阶段所需的时间。这不仅意味着客户能够更快地将产品推向市场，更意味着他们能够在激烈的市场竞争中抢占先机，实现更高的经济效益和竞争优势。
针对GaN HEMTs，泰高技术已成功实现VDS 650V电压、120毫欧至400毫欧电阻范围的产品量产。这些产品不仅技术先进，而且在市场上赢得了客户的高度认可和一致好评。
泰高技术推出专为 AC/ DC 充电器量身打造的 Charger 数字芯片 ，可支持 锂电池 与 铅酸电池的充电的算法，该产品集成了高精度稳压电路、OPA 及电阻模拟 DAC 等电路，简化了外围电路设计。芯片的核心功能分为两大模块：一是通过 OPA 与 DAC 精确控制充电电压和电流，确保充电过程的精准与安全；二是另一 OPA模块用于放大电流信号，提升了信号的分辨率，同时有效降低了系统功耗。
在芯片的设计中，特别优化了充电器的 CC/CV 阈值，实现了更为精细的充电控制，支持产线自动化校准功能，提高生产效率和产品质量。此外，我们为 芯片配备了精简的 GUI 软件，缩短研发周期，加速了产品从设计到市场的转化速度。
为了满足不同客户的个性化需求，泰高技术提供了客制化通信总线功能，确保与各种电动自行车品牌系统的兼容性和灵活性。同时，采用数字芯片子板的设计理念保证了电源板的无改动需求，提供了更为便捷的升级方案。
泰高技术在充电器行业的技术创新，为客户提供高效、稳定、智能的充电解决方案，推动整个充电器行业向着更加智能化、高效化的方向发展。
泰高技术的数字芯片的锂电池充电算法里支持 MSCC 充电，这 MSCC ，即“ Multi-Step Constant Current”（多阶梯恒流充电），是一种针对锂电池的充电策略。在这种充电方法中，充电过程被分为几个阶段，每个阶段采用不同的充电电流和/或电压， 以优化充电效率和电池寿命。
对于锂电池充电，MSCC 有以下几个帮助：
1、提高充电效率：通过在不同的充电阶段使用不同的电流，MSCC 可以在电池接近充满时降低电流，减少过充的风险，同时提高充电的整体效率。
2.、延长电池寿命 ：锂电池的寿命受充电循环次数和充电过程中的温度影响。MSCC 通过 控制充电电流和电压，减少电池在充电过程中的应力和温度升高，从而延长电池的使用寿命。
3.、安全性：锂电池在过充或充电电流过大时可能会有安全风险。MSCC 充电策略可以避 免这些风险，因为它在不同的充电阶段调整电流和电压，确保电池在安全的充电范围内。
4.、 电池性能优化 ：MSCC 充电可通过精确分析电池的实时状态——包括但不限于剩余电量与温度等关键参数，去智能调整充电方案。这一过程的核心在于与电池管理系统中的Smart Battery技术紧密协作，共同确保电池始终处于最优工作状态。这种精细化的充电策略，不仅延长了电池的使用寿命，更提升了其性能表现，体现了对电池健康管理的极致追求。
总之，MSCC 充电策略通过其多阶段的充电方法，能够提高充电效率，延长电池寿命，增强 安全性，并优化电池性能，是一种先进的锂电池充电技术。
另外在充电保护机制上，其电压与电流的ADC精度误差小于 5%的设计，以优化充电效率与充电安全性。
同时，为了满足客户多样化的需求，泰高技术的数字芯片集成定制化通信总线解决方案。确保了产品能够兼容并灵活适应各类系统架构。目前，芯片已成功整合了1-Wire、URAT、RS-485以及加密鉴权等通信协议。展望未来，泰高技术承诺将不断扩展技术边界，计划引入CAN Bus、UFCS、PPS等通信协议，以进一步增强产品的功能性和市场竞争力。
泰高技术致力于深入开发锂电池充电器领域，并针对PD充电器及电源适配器客户的产品转型需求，提供全面的产品升级解决方案。
这些方案是我们团队的研发的成果，旨在为您提供一站式、高效便捷的充电解决方案。我们深知，在快速发展的市场中，时间就是金钱，效率就是竞争力。
我们期待与对我们的方案感兴趣，并寻求合作的您携手前行。无论您是寻求技术合作、产品定制，还是市场拓展，我们的整套解决方案都能满足您的需求，助您快速进入市场，抢占先机。
请立即联系泰高技术的业务，我们将迅速响应，与您建立联系，探讨合作可能。
联系人：张先生
联系方式：18088882102
联系人：潘先生
联系方式：13691750205
充电头网总结
随着泰高技术在氮化镓器件领域的创新和突破，锂电池充电器的安全性、效率和智能化水平得到了显著提升。泰高技术深入探讨了锂电池充电器的全套解决方案，从电池分类、电压等级、安全规范，到电池管理、平衡机制，再到充电器的多种技术，全面展示了泰高技术如何通过技术创新来满足市场和用户的需求。
泰高技术的GaN HEMTs器件以其高效率、高功率密度、优良的散热性能和静电放电保护等特性，引领了电子领域的技术革新。通过与现有PWM控制器IC的无缝对接，简化了系统集成过程，降低了设计难度，为电动自行车、电动摩托车、电动工具以及工业市场提供了量身定制的解决方案。
泰高技术的数字芯片，集成了高精度稳压电路、OPA及电阻模拟DAC等电路，简化了外围电路设计，优化了充电器的CC/CV阈值，实现了更为精细的充电控制。同时，提供的客制化通信总线功能，确保了产品与各种电动自行车品牌系统的兼容性和灵活性。MSCC充电策略的引入，进一步提高了充电效率，延长了电池寿命，增强了安全性，并优化了电池性能。电压与电流的ADC精度误差小于5%的设计，优化了充电效率与充电安全性。
泰高技术也将继续开拓锂电池充电器市场，满足PD与适配器客户的转型需求，不断扩展技术边界，增强产品的功能性和市场竞争力。
泰高技术公司坚定不移地致力于开发和提供卓越的充电解决方案，这些方案不仅高效而且稳定，更融入了智能化技术。我们的目标是引领充电器行业迈向一个全新的智能化和高效化时代，从而确保用户能够享受到前所未有的安全、便捷和环保的充电服务。我们深信，通过我们的不懈努力和创新，能够为用户创造一个更加绿色、高效的能源使用环境。
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