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百瓦以上快充為何選擇LLC架構

海明觀察 ? 來源:電子發燒友網 ? 作者:李誠 ? 2021-09-06 07:53 ? 次閱讀

電子發燒友網報道(文/李誠)“充電五分鐘,通話兩小時”這句廣告語可能是很多人對快充最開始的認識,在以前很多手機廠商為實現手機長時間續航,只會一味地增加手機電池容量,電池容量的增加,在重量與手機的厚度上都會有一定的增加,和原本發明手機時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),開始進入快充時代。

隨著手機性能的不斷提升,功耗也在變高,用戶對提升快充功率的需求愈發強烈,快充市場逐漸火熱起來。

百瓦以上快充為何選擇LLC架構

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

軟開關是在零電壓或零電流下實現導通或關斷,軟開關能解決硬開關的開關損耗、容性開通、感性關斷、二極管反向恢復等問題,并能有效降低EMI,從而實現高頻化、高功率密度。軟開關技術對功率器件高頻化至關重要。



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管數量區分的,原邊由4個開關管排成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,通過內置二極管的MOS管替代二極管。由于二極管具有導通壓降,導通壓降會隨著電流增大而增大。因MOS管的導通電阻較低,導通壓降也很小。同步整流電路能有效降低二極管損耗,提高電源轉換效率。

總體來說,LLC架構能夠在寬負載范圍內實現零電壓導通或關斷。在輸入電壓和負載范圍變化較大的情況下調節輸出,開關頻率變化不大。對頻率進行控制,上、下管占空比相同(都是50%),減小次級同步整流MOSFET的電壓應力??梢圆捎酶偷碾妷篗OSFET及無需輸出電感,可以進一步降低系統成本。采用更低電壓的同步整流MOSFET,可有效提升效率。

LLC架構的120W快充實例

全球首款120W氮化鎵充電器——倍思120W氮化鎵快充

(圖片來源:倍思官網)


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。該控制器實現了600V門驅動程序,簡化了布局,減少了外部組件的數量。

(基于LLC架構的NCP13992電路拓撲 圖片來源:安森美官網)

LLC架構在頻率、損耗、功率密度方面都具有較高的優勢,但是由于輸入與輸出范圍較小的原因,該架構在快充領域未能得到廣泛應用,伴隨著安森美NCP13992的推出,使LLC架構能夠在百瓦快充電路架構上普及,該芯片具有一個專門的輸出來驅動PFC控制器。此功能結合專門的無噪聲跳過模式技術進一步提高了整個應用的輕負載能效。

總結

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

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