产品解密 | 极致优化整机效率，软开关技术在POWERQUARK中的创新

时间： 2024-11-13 来源：SOUTHCHIP（南芯半导体公众号）

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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。

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型号- 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选型指南 - ZOEYGO - 2024版 - 2023/7/3 PDF 中文下载

【IC】南芯科技全新推出面向储能市场的80V高效同步双向升降压充电芯片，内置MPPT算法

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SOUTHCHIP（上海南芯半导体科技股份有限公司，简称南芯）是国内领先的模拟和嵌入式芯片设计企业之一，专注于电源及电池管理领域，拥有Charge pump、DC/DC、AC/DC、有线充电、无线充电、快充协议、锂电保护等多条产品线。公司在基于自主研发的升降压充电、电荷泵和GaN直驱等核心技术上推出多款明星产品，得到业内广泛认可。

充电IC 单节锂电池保护芯片电源管理芯片 DCDC转换器 ACDC转换芯片接口协议芯片

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中逸光科技携高精模块型电源以及各个行业专用电源参加慕尼黑上海电子展

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产品货架期声明(Declaration of Product Shelf Life)

测试报告 - SOUTHCHIP - 2023/11/3 PDF 中英文下载

SOUTHCHIP通用DC-DC稳压器选型表

南芯提供降压升压稳压器选型，电压输入范围从0.6V~5V，输出电压范围覆盖3V~36V，提供了从1.2A~20A+的输出电流选项，工作频率从80kHz~2.2MHz

产品型号	品类	VIN (min)	VIN (max)	Vout (min)	Vout (max)	Iout(Max)	MOS	Switching frequency(Min)(kHz)	Switching frequency(Max)(kHz)	Package
SC8701	Buck-Boost Regulators	2.7V	36V	2.7V	36V	5A~10A	ext.	200kHz	600kHz	QFN 4x4