極致優(yōu)化整機效率，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(zhù)功率極限。隨著(zhù)功率增大，芯片的溫升效應隨之顯著(zhù)，熱損耗加劇，影響系統整體的能量轉化效率，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的核心器件，反激變換器的效率與整機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計工程師最關(guān)心的問(wèn)題之一。

傳統軟開(kāi)關(guān)拓撲：借助外圍電路實(shí)現

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。為提高系統效率，降低溫度，實(shí)現軟開(kāi)關(guān)成為減少系統開(kāi)關(guān)損耗的重要手段。在開(kāi)關(guān)電源中，有多種拓撲均可實(shí)現軟開(kāi)關(guān)，如有源鉗位 (ACF)、非對稱(chēng)半橋 (AHB)、諧振 (LLC) 等電路。

如下圖所示，從電路結構上看，ACF 需要增加一顆高壓開(kāi)關(guān)管和高側驅動(dòng)，AHB 除高壓開(kāi)關(guān)管和驅動(dòng)外還需增加諧振電容，均會(huì )大幅提升系統成本。應用在中小功率場(chǎng)景的 LLC 多采用半橋結構，初級有兩顆開(kāi)關(guān)管且需增加諧振電容，次級為全波整流方式，需要兩顆同步整流的 MOS，外圍功率器件數量多，控制部分及外圍 BOM 成本高，且調壓范圍受限，不適合寬輸入或寬輸出應用。

可實(shí)現軟開(kāi)關(guān)功能的常見(jiàn)電路拓撲

次級控制軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，讓系統性能更高效

在深入了解常見(jiàn)軟開(kāi)關(guān)電路痛點(diǎn)的基礎上，南芯科技突破性的 POWERQUARK^?系列產(chǎn)品通過(guò)次級同步整流 (SR) 控制實(shí)現初級側軟開(kāi)關(guān)。對比其它傳統反激電路，該方案無(wú)需增加任何器件，即可實(shí)現初級開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通。

POWERQUARK電路拓撲

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

POWERQUARK參考設計

系統EMI性能提升，讓研發(fā)過(guò)程更高效

更低的系統電磁干擾是 POWERQUARK 次級控制軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的另一大優(yōu)勢。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)生嚴重的電磁干擾，工程師需花費較多時(shí)間和較長(cháng)的驗證周期來(lái)優(yōu)化系統 EMI 性能，開(kāi)發(fā)成本也隨之增加。POWERQUARK 支持初級高壓功率管軟開(kāi)關(guān)，極大減小了開(kāi)關(guān)節點(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同步整流功率管的電壓尖峰，進(jìn)一步提高系統的可靠性。

POWERQUARK次級功率管尖峰收益

此外，當系統采用次級控制方式時(shí)，同步整流控制部分在諧振段也不會(huì )出現誤發(fā)波的風(fēng)險。在這種系統設計下，VCC二極管可以選擇慢管，進(jìn)一步利好系統整體 EMI。

總結

南芯科技從未停止對效率的極致追求。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的效率，優(yōu)化了 EMI 性能，幫助客戶(hù)高效開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，為終端用戶(hù)帶去尺寸更小、系統溫升更平穩等切實(shí)的體驗優(yōu)化，引領(lǐng)快充新世代。