極致優(yōu)化整機(jī)效率，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在POWERQUARK中的創(chuàng)新

快充技術(shù)的發(fā)展不斷突破著功率極限。隨著功率增大，芯片的溫升效應(yīng)隨之顯著，熱損耗加劇，影響系統(tǒng)整體的能量轉(zhuǎn)化效率，過(guò)熱的芯片還可能帶來(lái)安全性和使用壽命等方面的隱患。作為目前主流快充系統(tǒng)的核心器件，反激變換器的效率與整機(jī)溫升和散熱成本密不可分，如何進(jìn)一步提升它的效率始終是電源設(shè)計(jì)工程師最關(guān)心的問(wèn)題之一。

傳統(tǒng)軟開(kāi)關(guān)拓?fù)洌航柚鈬娐穼?shí)現(xiàn)

開(kāi)關(guān)損耗是反激變換器的主要損耗來(lái)源之一，由開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的電流和電壓交疊引起。為提高系統(tǒng)效率，降低溫度，實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)成為減少系統(tǒng)開(kāi)關(guān)損耗的重要手段。在開(kāi)關(guān)電源中，有多種拓?fù)渚蓪?shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，如有源鉗位 (ACF)、非對(duì)稱半橋 (AHB)、諧振 (LLC)等電路。

如下圖所示，從電路結(jié)構(gòu)上看，ACF需要增加一顆高壓開(kāi)關(guān)管和高側(cè)驅(qū)動(dòng)，AHB除高壓開(kāi)關(guān)管和驅(qū)動(dòng)外還需增加諧振電容，均會(huì)大幅提升系統(tǒng)成本。應(yīng)用在中小功率場(chǎng)景的 LLC多采用半橋結(jié)構(gòu)，初級(jí)有兩顆開(kāi)關(guān)管且需增加諧振電容，次級(jí)為全波整流方式，需要兩顆同步整流的 MOS，外圍功率器件數(shù)量多，控制部分及外圍 BOM成本高，且調(diào)壓范圍受限，不適合寬輸入或?qū)捿敵鰬?yīng)用。

可實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能的常見(jiàn)電路拓?fù)?/p>

次級(jí)控制軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，讓系統(tǒng)性能更高效

在深入了解常見(jiàn)軟開(kāi)關(guān)電路痛點(diǎn)的基礎(chǔ)上，南芯科技突破性的 POWERQUARK?系列產(chǎn)品通過(guò)次級(jí)同步整流 (SR)控制實(shí)現(xiàn)初級(jí)側(cè)軟開(kāi)關(guān)。對(duì)比其它傳統(tǒng)反激電路，該方案無(wú)需增加任何器件，即可實(shí)現(xiàn)初級(jí)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通。

POWERQUARK 電路拓?fù)?/p>

POWERQUARK系列產(chǎn)品通過(guò)同步整流管為反激變壓器提供負(fù)向勵(lì)磁電流。此負(fù)向勵(lì)磁電流在同步整流關(guān)閉后抽取初級(jí)功率管寄生電容能量，使得初級(jí)功率管上電壓接近于零，從而實(shí)現(xiàn)初級(jí)開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通。通過(guò)這一技術(shù)，POWERQUARK系統(tǒng)可極大降低開(kāi)關(guān)損耗，提升整個(gè)充電過(guò)程的效率及用戶體驗(yàn)。我們的參考設(shè)計(jì)在 230V/65W條件下可實(shí)現(xiàn) 95%以上的效率。

POWERQUARK 參考設(shè)計(jì)

系統(tǒng)EMI性能提升，讓研發(fā)過(guò)程更高效

更低的系統(tǒng)電磁干擾是 POWERQUARK次級(jí)控制軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的另一大優(yōu)勢(shì)。反激變換器工作過(guò)程中，電壓變化率 (dv/dt)和電流變化率 (di/dt)高，產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，工程師需花費(fèi)較多時(shí)間和較長(zhǎng)的驗(yàn)證周期來(lái)優(yōu)化系統(tǒng) EMI性能，開(kāi)發(fā)成本也隨之增加。POWERQUARK支持初級(jí)高壓功率管軟開(kāi)關(guān)，極大減小了開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的 dv/dt，有效降低電磁干擾，提高研發(fā)效率。同時(shí)軟開(kāi)關(guān)也大幅度降低了次級(jí)同步整流功率管的電壓尖峰，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

POWERQUARK 次級(jí)功率管尖峰收益

此外，當(dāng)系統(tǒng)采用次級(jí)控制方式時(shí)，同步整流控制部分在諧振段也不會(huì)出現(xiàn)誤發(fā)波的風(fēng)險(xiǎn)。在這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)下，VCC二極管可以選擇慢管，進(jìn)一步利好系統(tǒng)整體 EMI。

總結(jié)

南芯科技從未停止對(duì)效率的極致追求。通過(guò)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)上的創(chuàng)新，POWERQUARK進(jìn)一步提升了快充系統(tǒng)的效率，優(yōu)化了 EMI性能，幫助客戶高效開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，為終端用戶帶去尺寸更小、系統(tǒng)溫升更平穩(wěn)等切實(shí)的體驗(yàn)優(yōu)化，引領(lǐng)快充新世代。

審核編輯 黃宇