进军大功率充电市场，必易微发布LLC控制器芯片KP2591

前言

以往的电源采用的是传统反激式 PWM 变换器，传统反激 PWM 开关为硬开关，在大功率上应用时，工作频率较高，驱动损耗和开关损耗都比较大，同时变压器漏感能量耗散变成发热，所以传统的反激架构在大功率上应用时，表现出效率低，适配器发热严重的情况，而 LLC 架构因其软开关、损耗低、效率高等优势，成为了大功率电源设计的绝佳选择。针对大功率电源设计，必易微推出了大功率高性能 LLC 控制器 KP2591，适用于支持 PD3.1 协议及以下的电源、LED 电源、电视机板卡电源等应用场合。

必易微 KP2591产品亮点

必易微 KP2591 是一款基于半桥 LLC 谐振变换器的谐振型开关电源控制器，集成了半桥驱动，可直接 50% 占空比驱动功率管，其驱动电压钳位至 12V，最高工作频率支持 350kHz。

必易微 KP2591 芯片引脚图。

亮点 1（可配置工作模式：待机损耗<200mW）

芯片可通过 STB 管脚的电阻配置，使系统工作在低待机模式，降低系统待机损耗。该工作模式下开关频率由 SS 管脚电压决定，可以降低 Burst 开关频率，减小待机损耗。

KP2591 待机实验波形图，直观地显示出了待机功耗图形的稳定、波峰少且非常规律的状态。

KP2591 待机损耗测试数据，可以看到测试的结果峰值在 180mW 左右，低于 200mW，整个系统处于低能耗状态，可以有效延长产品使用寿命和达到更多厂商的节能要求。

亮点 2（支持无 PFC 的设计应用）

KP2591 在前级无 PFC 稳压电路应用时，可通过配置 SEL 管脚的电阻值，设置芯片工作在无 PFC 工作模式，通过调节内部电路的阈值和参数 (如过压过流保护阈值)，使芯片适用于更低输入电压下的工作，支持无 PFC 的设计应用。

SEL 管脚电阻对应的操作模式分为 4 种。

亮点 3（可配置软启时间、优化启机应力）

LLC 启动初始，系统开环工作，若直接以较低的开关频率工作，会造成谐振腔电流过冲，严重时可能损坏功率器件。而 KP2591 集成了软启时间配置功能，通过设置 SS 管脚并联电容，调节软启工作时间；启动时，芯片给 SS 电容充电，随 SS 管脚电压上升，开关频率逐渐降低，实现软启保护功能，可有效降低启机谐振腔电流应力。

(SS 管脚电容 10nF，软启时间约 7ms)

(SS 管脚电容 33nF，软启时间 21.6ms）

开机软启实验波形图。

亮点 4（可靠的容性区保护功能：提升系统可靠性）

LLC 系统进入容性工作区，功率器件应力剧增，存在功率器件损坏的风险，KP2591 集成了容性区保护功能和自适应死区时间控制功能，保证系统的可靠运行。

芯片通过 CS 管脚检测谐振电流、DEM 管脚检测辅助绕组电压的方式组合实现容性区保护功能，通过直观的检测 CS 电流信号相位，并利用 DEM 电压信号相位辅助判决，在进入容性区之前提前关断驱动，防止功率管击穿。

容性区保护工作原理。

在启动过程中，因为谐振电容初始电压为 0，谐振电流不对称，良好的死区时间控制，既可以防止系统进入容性工作区，导致功率器件损坏，又可以实现软开关，优化系统效率。

自适应死区控制原理。

启机瞬间，自适应死区时间调节波形图。

亮点 5（性能升级、可直接替换外商同类产品XX6A31）

KP2591 采用 SOP-16 封装，客户可直接使用 KP2591 替换外商同类产品 XX6A31，BOM 器件完全相同，简化了客户的产品替代升级。

亮点 6（完备的保护功能、保证系统可靠运行）

KP2591 集成有完备的保护功能，包括：VDD 过压/欠压保护 (VDD OVP/UVLO)、VBT 欠压保护 (VBT UVP)、输入过压/欠压保护 (LOVP&BOP)、过载保护 (OLP)、谐振腔过流保护 (CBC/SOCP)、容性区保护、外部信号保护、过热保护 (OTP) 等，系统运行可靠性高。

芯片保护功能列表。

充电头网总结

LLC 架构采用谐振电感、励磁电感和谐振电容串联，属于双管半桥谐振。其采用的零电压开通 (ZVS) 软开关技术，具有工作频率高、损耗小、效率高的优点，能够大幅度降低开关造成的损耗，同时规避传统的反激架构损耗大、效率低、电源温度较高的问题。

必易微坚持“独特创新，易于使用”的理念，发布了最新的 LLC 产品 KP2591，丰富了 100W 以上大功率快充的解决方案。KP2591 适用于大功率高性能的 LLC 架构应用场合，有利于提高产品的工作频率和转换效率，提高产品的功率密度，并带来更好的温控表现。可满足各种应用场合的大功率电源设计，缩短厂商电源产品的研发时间，帮助客户轻松地设计出高性能、高可靠性的开关电源产品。

俄罗斯芯片，为什么不怕卡脖子？

俄乌战争开打80个小时之后，在一个介绍乌俄两国军事力量的视频下面，我看到一个问题：俄罗斯的军事装备不用芯片吗？美国怎么不制裁他们？

答案是：当然制裁了，而且没停过，但俄罗斯表示：根本不怕。

民用领域更好理解，因为俄罗斯对消费端高端芯片的进口量很小，本就对外不存在依赖；

军用方面则相对复杂，现代军事装备、航空航天，芯片的使用几乎无处不在，俄罗斯自有芯片产业非常落后，又面临全球一轮又一轮技术禁运，早就被制裁麻了，但偏偏还能一批又一批推出世界一流的新武器……

他们怎么做到的？

没有脖子，你卡哪？

先来说民用领域。

俄罗斯是一个非常特殊的“超级大国”——它几乎就没有成规模的民用半导体产业。

一句话：哥们儿没有脖子，你卡哪？

形成这种现状的原因是多样的。

首先是历史原因。

苏联施行的是计划经济体制，对外通过“经互会”协调小弟们的经济活动，加勒比海的古巴生产糖，经济发达的东德生产精密仪器，身处热带的越南生产大米......对内有中央计划委员会，产业都是按区分配的，乌克兰种田养牛，哈萨克斯坦采棉花，白俄罗斯造卡车......活像九年义务制教育，房子买哪了就在哪就近入学，想换个赛道发展还得先搬个家。

苏联当时为了平衡各加盟国利益，将微电子产业拆开分配到了各个加盟国。苏联解体后导致俄罗斯的半导体产业变得非常碎片化。

苏联主导的“经互会”旗帜

其次是技术路线选择的原因。

我前面说过，俄罗斯是个极为特殊的国家，由于二战、冷战的因素，和一些地缘政治原因，俄罗斯在选择技术发展路线的时候，首先考虑的一定不是“能不能赚钱”的产业化问题，而是“能不能保命”的国防安全问题。

集成电路技术的起步时期刚好也是美苏冷战时期，苏联考虑到核打击的威胁，在晶体管和电子管两个技术路线之间，优先选择了抗辐射能力更强的电子管技术。 电子管的小型化的确存在先天限制，但那个时候也的确没人想到，晶体管的小型化竟然能够发展到纳米级。

技能点有限，科技树一朝点错，后来发生的事，大家都知道了。

最后是经济原因。

俄罗斯分到了苏联的大部分遗产，但祖传的不止有产业，也有仇恨与警惕。苏联解体，北约却没打算解散，结果就是俄罗斯打从生出来，这辈子就没睡过一个好觉。一会是车臣，一会是格鲁吉亚，一会北约又要东扩。不是分家的兄弟起了领土争端，就是作妖的宿敌见缝插针给你使坏，以至于国家始终都生存在一个群狼环伺，不小心就会被生啖血肉的高压环境之下。

苏联留下的本就是一个国民经济破败不堪的局面，轻重工业发展极不均衡，高压环境致使民营经济极其落后，且很难有机会得到发展。2004-2007短暂经济复苏，2008年就和格鲁吉亚打了一仗；2011年之后经济刚有逐渐复苏的迹象，却又被和乌克兰的冲突打断，也就是我们都知道的克里米亚事件。

半导体产业是一个典型的资本密集型产业，需要大规模、长时间的持续投入，才能看到结果。 但常年的内忧外患，使得俄罗斯民营经济自己都举步维艰，更顾不上发展出手机、平板这些民用消费电子产业。前几年EDN曾报道过俄罗斯的一款智能手机Yoga phone，双面屏幕，支持电纸书阅读，后来没多久这个Yoga Devices公司营运状况不佳，就在2019年宣布破产了。

这一切的结果，就是如今俄罗斯民用和消费电子市场占全球份额还不到2%。而美国半导体工业协会（SIA）2021年的一份声明显示，俄罗斯的半导体采购量还不到全球半导体采购量的0.1%。其中民用半导体采购量占比就更是微乎其微。

工程能力的神迹

但民用微电子产业的近乎空白，并不意味着俄罗斯就完全没有半导体产业。

目前俄罗斯主要集成电路制造商为两家：Микрон和Ангстрем公司，前者提供65-250纳米制程工艺加工能力，后者提供90-250纳米制程工艺，拥有8英寸晶圆厂，两家公司主要提供军用、航天和工业领域产品。

在这方面，美国的制裁其实一直都没停过。2016年，Ангстрем在泽列诺格勒的一家工厂为了更新制程工艺，向AMD购买必要设备期间，被美国商务部加入了制裁名单，交易随即被迫中止。该公司随即陷入债务危机，濒临破产边缘。后来是前身为原苏联电子研究所的НИИМЭ与俄罗斯政府共同出手，联合Ангстрем最大债权方VEB.RF（俄罗斯国家开发集团）对其进行了破产重整，才将公司保留了下来。

俄乌开战前后的这几天，美国最先宣布落实的两轮对俄制裁手段，也是切断关键技术供货。 其中包括了半导体、计算机、信息与通信、传感器/激光、导航/航空电子、海洋、航空航天等7个领域的57项可用于军事目的的项目和技术。

欧洲几乎是同步响应的，紧接跟上来的日本、韩国、中国台湾，几乎也都是在微电子领域的先进国家和地区，其宣布的对俄制裁措施中，有相当一部分和半导体有关。但其实俄罗斯半导体最大的进口供应者，是中国。

2016年1月，俄军一架本土产海鹰-10无人侦察机在顿涅茨克地区坠毁

乌克兰人拆解后就发现了中国著名的单片机公司宏晶科技单片机

我国的芯片产业水平，我们以前深入解读过很多次了，能够出口的大部分都不是什么高精尖产品，虽然可以支撑普通的军事装备，但对尖端军事装备的研发来说肯定不够用。

基础工业水平差，微电子技术又一直是俄罗斯的短板，还要被西方一轮又一轮制裁，俄罗斯却能一批又一批推出世界一流的新武器……

这种看上去很不科学的现状，来源于俄罗斯科学家极其扎实的基础理论能力，和近乎逆天的系统工程能力。

拿美国的爱国者-3和俄罗斯的S-300-2相控雷达来说，二者都采用了先进的脉冲多普勒体制。雷达中以信号处理部分用数字芯片最多，最常用的是富利哀变换运算（FFT），可以快速算出目标信号的多普勒频率有多大，然后根据多普勒效应的公式推算出目标速度。

The S-300 (NATO reporting name SA-10 Grumble)

美国的逻辑是——给雷达装最先进的芯片，把算力堆起来解题。

而俄罗斯在没有高端芯片的时候，在雷达中使用了一种他激晶体振荡器（模拟电路）作为中频信号积累，其体积虽比芯片要大，但比一般集成电路要小，可以替FFT的基本功能。虽然由于元件的小型化有先天不足，做出来的装备比较看起来比较“傻大粗”，但从核心效果指标上来说，基本可以达到与爱国者同等水平。

美国一批雷达专家，专门喜欢研究俄罗斯雷达的优势和软肋，并积累了大量资料和数据。他们对俄罗斯S-300雷达系统设计的评价，是“高性能，低成本，低功耗”。

其中有大量让美国专家们称赞的自主创新之举，比如S-300采用了X波段（爱国者和常规雷达大部分为C波段），还利用了低损耗波导进行微波传输，加上独特的收发隔离技术，将S-300的天馈系统的总微波损耗降到了5dB左右。但爱国者雷达天馈系统的损耗可高达7-12dB。理论计算表明，微波损耗每降低1dB，,就可使雷达作用距离增加6%。

美国人的设计原则，通常是利用最先进的技术，采用最先进的元器件，达到最先进的水平。而俄罗斯人的设计原则，是只要能够达到最先进的水平就行——元器件可以不用最先进的，技术可以不要最高精尖的，我只要效果能达到最好的就行。

这就是所谓的系统工程能力。不追求使用最先进的元器件和最先进的技术，但整体系统水平和可靠性、稳定性必须一流。

用某同事的话说，俄罗斯人实在擅长把一堆破烂组合在一起，变成一个能够横扫千军的人间大杀器。

基础研究是一切工程能力的基石

俄罗斯这些曲线救国，出奇制胜的招数，大大降低了没有高端芯片给其国防军工力量带来的影响。虽然外形看上去不那么精致，却并不妨碍俄罗斯的S-300以及后来的S-400、S-500等成为世界一流的防空导弹系统。

但话说回来，这种解题思路，还是被逼出来的。而且在军事、航天上可以替代高端芯片的解题思路，也完全不适用于产业化。

要用极高的系统工程能力解决一个特定的问题是可行的。但它只适用于对单一技术问题的科研攻关，在不考虑成本和良率的军工产业可行，但在需要考量成本、良率、投资回报率、工业化生产效率等综合解决方案的产业化领域，则完全行不通。

中国也经历过这种运动式攻关半导体产业技术问题的阶段，我们在1960年成立过以中科院半导体所为代表的大批研究机构，同期还在全国建设了数十个电子厂。这些电子厂虽然初步搭建起了中国半导体工业的“研发+生产”体系，保证了“两弹一星”等一批重大军事项目的电子和计算配套，但在产业化方面的成就寥寥可数。

改革开放之后，我国的国家部委组织了三大“战役”，1986年的“531战略”，1990年的“908工程”，1995年的“909工程”，由于并不持续的投入方式，和这种专注于单一技术问题的科研攻关，最后都未能显著缩小我们和海外半导体产业的差距，反而陷入了“引进-建厂-投产-落后-再引进”的恶性循环。

很多事情，最终还是要交给市场来做。

俄罗斯军事工业对高端芯片功能的替代方式，真正值得我们借鉴的，是系统解决问题的思路，以及背后支撑了这种解题思路的，强大的基础理论研究水平。

知乎有个答主自述，其接触到的任何一个工科学科，找一篇有一定程度数学基础的论文，然后找到它的参考文献里，理论性最重要的一篇，然后再找这篇的参考文献，一次迭代，五步以内，必是俄文。

一个学科的基础理论，是一通百通的，这才是一切系统工程能力的根源，也是一切人间大杀器无法跳脱的起点。

参考资料：

环球网《从武器装备的观点看当前芯片问题》

环球网《俄罗斯的"他激晶体振荡器"是如何替代芯片功能的？》

Ангстрем公司公告，俄罗斯电视台报道等

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