揭秘百瓦以上快充為何選擇LLC架構(gòu)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠）“充電五分鐘，通話兩小時(shí)”這句廣告語可能是很多人對快充最開始的認(rèn)識，在以前很多手機(jī)廠商為實(shí)現(xiàn)手機(jī)長時(shí)間續(xù)航，只會一味地增加手機(jī)電池容量，電池容量的增加，在重量與手機(jī)的厚度上都會有一定的增加，和原本發(fā)明手機(jī)時(shí)輕便的宗旨背道而馳，直到2010年，USB BC 1.2的頒布充電器由5V/1A提升到5V/1.5A（最大輸出功率：7.5W），開始進(jìn)入快充時(shí)代。

隨著手機(jī)性能的不斷提升，功耗也在變高，用戶對提升快充功率的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，快充市場逐漸火熱起來。

百瓦以上快充為何選擇LLC架構(gòu)

現(xiàn)在市場上快充的主要輸出功率在18W~120W之間，據(jù)公開信息顯示，近七成以上的充電器采用QR的電路架構(gòu)。由于用戶對高功率充電器的追求，QR式架構(gòu)（準(zhǔn)諧振）已不能滿足百瓦以上大功率、高功率密度需求，準(zhǔn)諧振只參與能量轉(zhuǎn)換的某一階段，且所有輸出電壓范圍內(nèi)不可實(shí)現(xiàn)全軟開關(guān)。而LLC架構(gòu)能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，降低開關(guān)損耗，滿足大功率、高功率密度需求。

軟開關(guān)是在零電壓或零電流下實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷，軟開關(guān)能解決硬開關(guān)的開關(guān)損耗、容性開通、感性關(guān)斷、二極管反向恢復(fù)等問題，并能有效降低EMI，從而實(shí)現(xiàn)高頻化、高功率密度。軟開關(guān)技術(shù)對功率器件高頻化至關(guān)重要。

LLC諧振電路主要分為：全橋諧振和半橋諧振。全橋和半橋電路是以原邊開關(guān)管數(shù)量區(qū)分的，原邊由4個(gè)開關(guān)管排成H型的是全橋諧振電路，在原邊部分只有全橋一半的是半橋諧振電路。

副邊是整流電路部分，整流電路可分為同步整流和不可控整流。同步整流是指，通過內(nèi)置二極管的MOS管替代二極管。由于二極管具有導(dǎo)通壓降，導(dǎo)通壓降會隨著電流增大而增大。因MOS管的導(dǎo)通電阻較低，導(dǎo)通壓降也很小。同步整流電路能有效降低二極管損耗，提高電源轉(zhuǎn)換效率。

總體來說，LLC架構(gòu)能夠在寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通或關(guān)斷。在輸入電壓和負(fù)載范圍變化較大的情況下調(diào)節(jié)輸出，開關(guān)頻率變化不大。對頻率進(jìn)行控制，上、下管占空比相同（都是50%），減小次級同步整流MOSFET的電壓應(yīng)力?？梢圆捎酶偷碾妷篗OSFET及無需輸出電感，可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。采用更低電壓的同步整流MOSFET，可有效提升效率。

LLC架構(gòu)的120W快充實(shí)例

全球首款120W氮化鎵充電器——倍思120W氮化鎵快充

倍思120W氮化鎵快充主控芯片采用的是安森美NCP13992，NCP13992是一種用于板橋LLC的高性能電流模式控制器。該控制器實(shí)現(xiàn)了600V門驅(qū)動程序，簡化了布局，減少了外部組件的數(shù)量。

（基于LLC架構(gòu)的NCP13992電路拓?fù)?圖片來源：安森美官網(wǎng)）

LLC架構(gòu)在頻率、損耗、功率密度方面都具有較高的優(yōu)勢，但是由于輸入與輸出范圍較小的原因，該架構(gòu)在快充領(lǐng)域未能得到廣泛應(yīng)用，伴隨著安森美NCP13992的推出，使LLC架構(gòu)能夠在百瓦快充電路架構(gòu)上普及，該芯片具有一個(gè)專門的輸出來驅(qū)動 PFC 控制器。此功能結(jié)合專門的無噪聲跳過模式技術(shù)進(jìn)一步提高了整個(gè)應(yīng)用的輕負(fù)載能效。

總結(jié)

LLC采用電流模式控制，可獲得更好的瞬態(tài)和穩(wěn)定性，同時(shí)提升了輕載狀態(tài)下的性能。GaN與LLC架構(gòu)的結(jié)合在相同輸出功率的情況下，比其他架構(gòu)的功率密度更大、體積更小。百瓦以上快充采用LLC架構(gòu)更為合適。

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編輯：jq