芯茂微电子PFC-LLC同步整流架构高效率240W超级快充解决方案

在6月26日，充电头网举办了2024电动工具新技术线上研讨会，旨在深入了解各大芯片企业对电动工具领域的最新技术和解决方案，参会者们通过在线平台聚集一堂，共同探讨未来电动工具发展的关键技术趋势。

在本次研讨会中，深圳市芯茂微威电子有限公司的刘宽先生在演讲中介绍了他们公司的最新产品——PFC加LLC加同步整流架构，这是一款高效率达到240W的超级快充解决方案。

刘宽先生表示，这种快充方案特别适用于当前电动工具市场的发展趋势，其中电池包的快速充电需求尤为突出，用户希望电池能快速充满电。因此，充电功率达到240W的解决方案能够满足这一用户需求。

芯茂微电子公司专注于高端、大功率的AC-DC电源控制技术，拥有国内最全面的AC-DC芯片产品线，广泛应用于智能手机、笔记本电脑、铁路电源、通信电源、储能、光伏发电以及工业电源等领域。目前芯茂微电子每月销售的芯片数量超过1亿颗。

芯茂微产品线包括高性能双核DSP芯片，可支持高达2000W甚至更大功率的应用；以及PFC控制芯片、电流模式的LLC控制芯片和同步整流器等。针对小功率设备如电动工具充电器，还拥有自主专利的PSR解决方案，可有效降低客户的成本。

这是芯茂微2024年的一个主要产品线之一。目前，芯茂微的AC-DC产品涵盖了9个大类和900多个型号，能够替代许多国外同类产品，性能完全相当，并且全部由芯茂微自主研发，拥有完整的自主知识产权。

产品主要包括高功率的CCM模式PFC控制芯片，能够支持5000W及以下的应用。目前有三款型号的PFC控制芯片，其中包括可以与国外品牌产品对标的1654型号。针对200W以下的应用，芯茂微提供CRM临界模式的PFC控制芯片，以及针对20W到200W之间充电应用的QR控制芯片，与1342或1345等产品完全兼容。特别是1345型号，能够帮助客户节省约七毛钱的外围成本。

此外，还有电流模式的LLC控制芯片，目前国内电流模式的LLC控制芯片主要由国外品牌供应，但芯茂微的LLC控制芯片在此领域也有重要的进展。芯茂微还已在去年推出了PFC和LLC二合一的复合控制器。

芯茂微AC-DC电源芯片广泛应用于通信设备、电源、工业电源、笔记本电源以及电动工具充电器等领域。在上图左侧是一些典型应用案例，包括储能电源和太阳能发电解决方案。中间部分展示了各种充电器解决方案，包括240W、300W甚至1200W的高功率选项。

芯茂微公司拥有完整的产业链能力，涵盖从晶圆设计到成品封装测试的所有环节，拥有自己的20亿颗芯片产能的封测场，因此在产能、质量、供应和成本控制方面更有优势。公司分为四个部分：总部和销售中心设在深圳，上海设有芯片研发中心，长沙设有电源和电机控制系统方案研究中心，而湖南衡阳则有一个全控股的车规级芯片制造基地，年产能达到20亿颗芯片。

上图是一款PFC和LLC二合一的Combo控制器方案。该产品在230V输入时，效率达到95.5%，在115V输入时为93.7%，待机功耗小于0.15W。其功率因素符合各种认证的谐波要求，过流点在低压和高压情况下均为16.2A，无需额外的边缘管理。动态负载响应优良，对10%到100%负载变化的响应非常稳定，正负负载变化时的波动为340mV和680mV。

在低温零下40度和90V输入条件下，输出的纹波仅为146.8mV，显示出对AC端波动的强大抑制能力，展现了电流模式控制的优势。

右边这张图展示了上升时间和过充测试波形。可以看到，其峰值扩展仅为2%，对于LLC控制系统来说，这样低的过充率非常优秀。相比之下，如果是电压模式控制，通常很难做到低于5%的过充率。

上图为该方案在低压满载情况下的动态负载波形，在90V输入情况下，负载从10%到100%之间快速跳变时，具有非常快速的动态响应。负向电压下调仅为0.4V，正向电压上通仅为0.22V，动态响应能力优异。

右边的图像展示了该方案在负载变化时的电流波形、电压波形和驱动波形。可以看到，在从零到满载的调整过程中，电流波形迅速达到稳定，电流模式控制方案优势巨大。

上图为芯茂微方案的基本电路，该电路的核心由二合一PFC加LC控制芯片构成。前级是PFC boost电路，后级是LLC半桥谐振电路。值得注意的是，谐振电容上没有前置二极管，通过电流模式控制，能够快速限制谐振槽中的电流，在各种工况下保持电流的稳定，无论是输入变化、反复开关机、输出短路还是负载跃迁过程中，谐振槽电流始终保持在可控范围内。

上图右边图展示了从空载到满载跃变的过程。可以看到，电流的峰值始终在控制范围内。这个电路设计非常简单，省去了两个前置二极管，为客户带来了显著的成本优势。

这张图展示了该方案LLC原边高压MOS管的开机过程中的波形。可以看到，整个过程都处于ZVS（零电压开关）工作状态。这得益于LP9962A内置的强大的容性区规避算法，它能够有效避免高压MOS管体二极管在开机或输出短路时进入ZCS（零电流开关）状态，从而避免二极管反向恢复过慢而导致的损坏。这种设计保证了系统的稳定性和可靠性，无需使用带快速恢复FDR的高压MOS管，而是可以使用成本更低的平面MOS管或其他普通MOS管，大幅度降低成本。

此外，芯茂微还提供LLC的同步整流控制器，包括LP3525和3524两种款式，这两款功能相同但脚位不同。这些控制器能够提供高效的同步整流驱动，进一步优化电源系统的性能和效率。

左边这张图展示了同步整流在半载时的驱动波形，可以看到驱动电压并不高。右边的图是在满载时的同步整流驱动波形，绿色曲线代表驱动电压，红色曲线是同步整流管的VDS。可以观察到，在负载较重时，驱动电压会较高，这有助于提高效率。同时这两款芯片还具备自适应降压关断功能，能够快速关断同步整流管，从而降低整流管的VDS尖峰。这种设计有助于提高系统的稳定性和效率。

这款PFC和LC二合一的控制器，型号为LP9962，内部集成了PFC控制器和电流模式的LLC控制器。具备高压启动和X电容放电功能，用于AC端口的高压启动和X电容放电。此外，还具备输入端的欠压保护功能。该芯片还可选配原边恒流功能，无需复杂的电流环路检测负载端电流，只需通过原边即可实现恒流控制。因此，在进行UL认证充电器单一故障测试时，即使电流环路失效，该功能也能保证整体输出功率的可控性，满足单一故障认证测试的要求。

目前这款LLC控制器系列共有五个型号。单独的LLC控制器是LP9961系列，后缀为"1"，它内部只包含LLC控制器，封装为SOP16。另外，LP9962系列有两个型号，它们是内部集成了PFC和LLC二合一的控制器。这些不同型号针对不同的应用特点和客户需求进行了优化，以满足不同的设计要求和成本效益的考量。

在充电器领域，推荐使用LP9962B型号。它内部集成了恒流功能，并且是PFC和LLC二合一的设计，有助于简化电路设计复杂性并降低成本。

此外，这款芯片具有简单可靠的启动逻辑。当电源通电后，通过AC端口供电，芯片会自动从高压脚获取电能，用于充电VCC电容。一旦电源电压超过设定阈值，RVCC电压建立，PFC部分开始工作，母线电压逐渐升高至启动LLC控制。

这套系统设计不需要额外的VCC供电或复杂的持续控制电路。甚至可以利用RVCC驱动外部的短路热敏电阻，其供电能力达到150mA。

此外，这款芯片在待机模式下表现出色，待机功耗仅为120mW，完全符合未来欧盟DOE七级能效标准。在待机状态中，PFC会进入低功耗的打脉冲状态，极大地减少功耗损失。

下面是LLC同步整流控制器的选型。具体有两款。LP3524B兼容市场上大多数使用的6924脚位。LP3525B兼容市场上使用的1995或2095脚位。LLC控制器的工作频率最大可达450KHz。

另外，针对中大功率产品，PFC控制器有LP6655系列和LP6656系列。LP6655系列的PFC芯片适用于大功率200W以上至5000W以下的应用。对于200W以下的产品，如电动工具或特殊行业的充电器，LP6656芯片是一个成本更低的选择，是一个SOT23封装。

最后，芯茂微还有一些其他功率解决方案。上图是一个3500W的便携式大功率充电器解决方案，以及一个65W的USB GaN充电器解决方案。

这款产品是芯茂微的3500W便携式电动汽车充电器。它采用了LP6655和LP9961电流模式的LLC半桥驱动芯片，构成了一套纯模拟的架构。

由于设计简单，无需大量编程，因此方案复杂性较低。这个方案可以改造用于电动叉车、清洁机器人（如割草机器人或扫地机器人）以及其他大功率设备的快速充电需求。

针对小型电动工具，如手持式锂电冲击钻、螺丝刀和电扳手，现在使用的Type C充电也比较普及。芯茂微提供多种解决方案，包括30W、45W、65W和100W的GaN Type C充电解决方案。

其中，上图这款65W方案具有出色的性能，满足DOE七级能效标准，最高效率可达94%。其传导和辐射性能非常优秀，芯片内置氮化镓，使用简便。在待机和轻载状态下的能耗非常低，转换效率在输出较小功率时也非常高，完全符合未来2027年的能效要求。

充电头网总结

芯茂微电子公司以PFC加LLC加同步整流架构，推出了一款高效率达到240W的超级快充解决方案，迎合了电动工具市场快速充电的迫切需求。公司不仅专注于高端大功率的AC-DC电源控制技术，而且在产品线丰富度和自主研发能力上处于国内领先地位。通过持续的技术创新和产品优化，芯茂微致力于为全球客户提供高效、可靠的电源解决方案，助力各行业在能效和性能上取得进展。

富满微取得同步整流电路、芯片及隔离型同步整流控制电路专利，使得整流开关管的通断控制精准

金融界2024年3月12日消息，据国家知识产权局公告，富满微电子集团股份有限公司取得一项名为“同步整流电路、芯片及隔离型同步整流控制电路“，授权公告号CN108880266B，申请日期为2018年7月。

专利摘要显示，一种同步整流电路、芯片及隔离型同步整流控制电路，同步整流电路包括：整流开关管、驱动模块、电源模块、基准模块、充电模块、开通比较器、关断比较模块、最小开通时间模块及逻辑控制模块。充电模块充电电压到达一定的阈值以及输出端低于某一个阈值开通，充电电压达到一定的阈值是为了防止谐振的时候误开启；整流开关管在最小开通时间后关断，为了防止在同步整流管开通以后，输出端电压振荡而误关断，如此，使得整流开关管的通断控制精准，能在正确的时机打开或者关闭开关管。

本文源自金融界

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