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电源工程师PD电源100W 30款分解参考选型方案

2021-5-10 11:27| 发布者: 闪电| 查看: 1079| 评论: 0

摘要: 早在氮化镓快充爆发前,绝大部分100W级快充电源设计出来都是作为笔记本电脑的电源,样式传统不说,便携性也不友好。直到2019年底苹果为MacBook Pro 16配备一款96W USB-C大功率电源适配器,人们才算看到一次百瓦级快 ...
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早在氮化镓快充爆发前,绝大部分100W级快充电源设计出来都是作为笔记本电脑的电源,样式传统不说,便携性也不友好。直到2019年底苹果为MacBook Pro 16配备一款96W USB-C大功率电源适配器,人们才算看到一次百瓦级快充在体积、颜值上的大突破。

 

而后随着氮化镓快充的爆发,100W快充市场也变得欣欣向荣起来,小米10至尊纪念版手机标配120W快充充电器更是改变了不少人的观念,原来大功率与小体积是可以兼得的,而且大功率快充也不只是笔电的专属。后来iQOO、努比亚、黑鲨也相继入局,持续为市场注入热度。

 


目前,100W级大功率快充充电器主要应用场景是为笔记本电脑供电。今年,随着LLC架构配合GaN开关元件的应用,小体积、多接口、旨在一个充电器满足所有设备同时快充的100W快充产品正慢慢成为市场的主流。

 

100W PD快充充电器三种常见架构

 

从输出架构来看,目前市面上常见的100W PD快充充电器一般可分为以下三种:

 

第一种为开关电源+协议芯片直接输出,常见于大功率单口快充充电器,比如苹果96W快充、苹果87W快充、小米90W快充等。

 

第二种是内置了两套开关电源以及两颗协议芯片,每一路最大输出50W,相当于将两个50W充电器合二为一,并配备两个输出接口。然后通过两颗协议芯片的控制,实现两路开关电源的智能输出。在单口工作时,两路开关电源合并成一路输出;在两个接口同时工作时,两路开关电源分开,实现双口独立输出。

 

第三种为开关电源+多路DC-DC+多路协议输出,这种架构常见于大功率多口快充充电器中。首先通过开关电源输出固定电压值;然后分为多路DC-DC降压,搭配各路协议芯片,最终实现多路独立输出。

 

LLC+PFC combo控制器成为主流

 

LLC架构属于双管半桥谐振,采用谐振电感、励磁电感和谐振电容串联,故名LLC。采用零电压开关(ZVS)软开关技术,具有工作频率高、损耗小、效率高、体积小的优点,可提高充电器功率密度。

 

 

LLC架构谐振操作可实现全负载范围的软开关,减小开关损耗,从而成为高频和高功率密度设计的理想选择,适合固定电压输出,EMI特性更好。尤其是应用在多口输出的大功率快充电源产品中,LLC架构输出固定电压+二次降压实现多口PD快充的方式,具有效率高,功率大的特点。

 

值得一提的是,LLC架构配合GaN开关元件,还能够有效降低驱动开销,降低导通损耗与关断损耗,提升效率与工作频率,进一步提升充电器功率密度。

 

 

不过需要注意的是,LLC架构虽然有着频率高、损耗小、功率密度高的优点,但是其要求输入输出变动范围不大,这原本制约了在PD快充充电器上的应用。

 

而随着国内3C认证的要求,百瓦输出的PD充电器需要内置PFC功率因数校正电路以降低对外界的干扰,通过内置体积较小的APFC进行输入升压及功率因数校正,起到了在不同输入电压环境下稳定初级电压的作用,也加速了LLC架构在PD快充充电器上的普及。

 

大功率快充带来的必然结果就是大体积,虽然有氮化镓技术的加持,但百瓦大功率快充电源的体积仍然有进一步优化的空间,因此合封PFC控制器+LLC控制器的高集成combo芯片逐渐成为市场主流。将两颗芯片合二为一,可以大幅简化初级侧电路设计,一颗控制器完成初级侧两颗控制器的功能。

 

 

多合一的控制器还内置完善的保护功能,可实现精确迅速可靠的保护;并且多合一的控制器,支持LLC与PFC联动,部分多合一控制器还支持数字控制,可实现更好的动态响应和更低的空载功耗。

 

目前市面上集成LLC+PFC的combo控制器有MPS推出的HR1211英飞凌推出的IDP2308NXP推出的 TEA2016AAT 等。

 

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