极致优化整机效率，软开关技术在POWERQUARK中的创新

作者：南芯科技

快充技术的发展不断突破着功率极限。随着功率增大，芯片的温升效应随之显著，热损耗加剧，影响系统整体的能量转化效率，过热的芯片还可能带来安全性和使用寿命等方面的隐患。作为目前主流快充系统的核心器件，反激变换器的效率与整机温升和散热成本密不可分，如何进一步提升它的效率始终是电源设计工程师最关心的问题之一。

传统软开关拓扑：借助外围电路实现

开关损耗是反激变换器的主要损耗来源之一，由开通和关断过程中的电流和电压交叠引起。为提高系统效率，降低温度，实现软开关成为减少系统开关损耗的重要手段。在开关电源中，有多种拓扑均可实现软开关，如有源钳位 (ACF)、非对称半桥 (AHB)、谐振 (LLC) 等电路。

如下图所示，从电路结构上看，ACF 需要增加一颗高压开关管和高侧驱动，AHB 除高压开关管和驱动外还需增加谐振电容，均会大幅提升系统成本。应用在中小功率场景的 LLC 多采用半桥结构，初级有两颗开关管且需增加谐振电容，次级为全波整流方式，需要两颗同步整流的 MOS，外围功率器件数量多，控制部分及外围 BOM 成本高，且调压范围受限，不适合宽输入或宽输出应用。


可实现软开关功能的常见电路拓扑

次级控制软开关技术，让系统性能更高效

在深入了解常见软开关电路痛点的基础上，南芯科技突破性的 POWERQUARK® 系列产品通过次级同步整流 (SR) 控制实现初级侧软开关。对比其它传统反激电路，该方案无需增加任何器件，即可实现初级开关管的零电压开通。


POWERQUARK 电路拓扑

POWERQUARK 系列产品通过同步整流管为反激变压器提供负向励磁电流。此负向励磁电流在同步整流关闭后抽取初级功率管寄生电容能量，使得初级功率管上电压接近于零，从而实现初级开关管零电压开通。通过这一技术，POWERQUARK 系统可极大降低开关损耗，提升整个充电过程的效率及用户体验。我们的参考设计在 230V/65W 条件下可实现 95% 以上的效率。


POWERQUARK 参考设计

系统EMI性能提升，让研发过程更高效

更低的系统电磁干扰是 POWERQUARK 次级控制软开关技术的另一大优势。反激变换器工作过程中，电压变化率 (dv/dt) 和电流变化率 (di/dt) 高，产生严重的电磁干扰，工程师需花费较多时间和较长的验证周期来优化系统 EMI 性能，开发成本也随之增加。POWERQUARK 支持初级高压功率管软开关，极大减小了开关节点的 dv/dt，有效降低电磁干扰，提高研发效率。同时软开关也大幅度降低了次级同步整流功率管的电压尖峰，进一步提高系统的可靠性。


POWERQUARK 次级功率管尖峰收益

此外，当系统采用次级控制方式时，同步整流控制部分在谐振段也不会出现误发波的风险。在这种系统设计下，VCC 二极管可以选择慢管，进一步利好系统整体 EMI。

总结

南芯科技从未停止对效率的极致追求。通过软开关技术上的创新，POWERQUARK 进一步提升了快充系统的效率，优化了 EMI 性能，帮助客户高效开发新产品，为终端用户带去尺寸更小、系统温升更平稳等切实的体验优化，引领快充新世代。