前言
近年來,USB-PD 和多口快充市場對小體積、高功率密度的需求持續(xù)攀升,推動了以氮化鎵(GaN)器件和更高開關頻率為核心的電源架構快速演進。傳統(tǒng)硬開關在高頻下帶來明顯的開關損耗、尖峰與 EMI,而被動 QR 雖能降低開通損耗,但易發(fā)生谷跳且難以在寬輸入/負載范圍內持續(xù)維持近 ZVS,限制了進一步升頻與縮小磁件的空間。
而支持 ZVS 的 QR 控制器通過強制諧振、主動夾鉗或自適應谷值跟蹤實現(xiàn)把“軟開關”效果工程化,能在更寬工況下降低損耗與振鈴、提高效率并減小磁性元件和 EMI 負擔;對追求高功率密度與快速落地 GaN 方案的工程團隊,這類器件能夠有效降低設計復雜度并提升產品競爭力。
南芯科技已推出多款支持 ZVS 的全集成控制器及配套參考設計,覆蓋適配器與多口桌面等主流場景,接下來充電頭網將詳細介紹一下這些產品。
南芯SC3107C
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SC3107C芯片采用南芯科技自研的全集成高壓隔離封裝,內置了原邊控制器,氮化鎵功率管,高速隔離數字通訊模塊SC-PQLINK?,同步整流控制器和協(xié)議芯片。實現(xiàn)了用一顆芯片替代傳統(tǒng)方案中的五顆芯片。
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該芯片的高集成度大幅度減少充電器外圍元件數量,具備開發(fā)周期短,產品性價比高的優(yōu)勢。芯片內置的高速數字隔離通信模塊SC-PQLINK?,不僅帶來比光耦更高的系統(tǒng)可靠性,同時還實現(xiàn)了次級控制。芯片利用次級控制優(yōu)勢實現(xiàn)了原邊軟開關和主動式同步整流,提升了電源的整體效率,并降低散熱要求。
此外,芯片內部集成了協(xié)議功能,支持UFCS融合快充,PD快充以及多種主流私有定制協(xié)議。芯片內部還集成了軟啟動,供電過壓保護,逐周期電流限制,輸入欠壓保護,輸出過壓保護,輸出過電流保護和輸出短路保護等多種功能和保護,為快充電源的穩(wěn)定和安全保駕護航。
應用案例:
1、拆解報告:綠聯(lián)65W氮化鎵快充充電器
2、拆解報告:圖拉斯35W小冰塊PRO充電器
南芯SC1875
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南芯科技SC1875,這是一款高性能多模式反激式PWM轉換器,采用SSOP38封裝,創(chuàng)新性地將GaN開關管、初級控制器、次級控制器及協(xié)議控制器集成于單芯片中。該器件通過專利的PQLINK隔離技術取代傳統(tǒng)光耦,實現(xiàn)次級側調節(jié),顯著簡化便攜設備電源方案的設計與生產流程。
SC1875具備自適應開關頻率折返功能,可在全負載范圍內實現(xiàn)高效轉換:在高輸入電壓滿負載時,采用同步整流零電壓開關(SR-ZVS)技術提升能效;在低輸入電壓滿負載時,通過連續(xù)導通模式/準諧振(CCM/QR)混合模式優(yōu)化效率;空載狀態(tài)下則自動切換至突發(fā)模式以降低功耗。器件內置完備保護機制,可有效防止異常工況下的電路損壞。此外,其特有的頻率抖動技術和智能驅動功能可顯著抑制噪聲干擾,優(yōu)化電磁兼容(EMI)性能。
應用案例:
1、拆解報告:榮耀100W USB-C氮化鎵快充充電器
南芯科技 SIMO 方案
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南芯科技 SIMO 方案通過單級拓撲替代傳統(tǒng)兩級架構,首次在隔離場景下實現(xiàn)“單變壓器多路輸出”,省去次級DC-DC控制器、電感及光耦等外圍器件,系統(tǒng)BOM精簡至僅需一顆主控芯片和協(xié)議芯片,整體體積較傳統(tǒng)方案縮小30%,單口方案已達2.23?W/cm3,多口方案亦保持1.92?W/cm3,與市面上最小體積方案相比,整體尺寸縮減逾30%。
該方案在單口輸出90?W工況下,效率可達92.3%,峰值效率更可突破94%;雙口輸出時,在低壓90?V輸入下分別輸出45W與20W,整體效率依然保持在91%以上,高壓230?V輸入場景下,效率優(yōu)勢更為明顯,可超93%。更值得關注的是,憑借深度優(yōu)化的控制邏輯與創(chuàng)新電路設計,該方案待機功耗低于43?mW,輕松滿足即將于2025年實施的中國國家一級能效標準及美國DOE第七級能效要求。
同時該方案引入了“偽連續(xù)模式”,通過在續(xù)流末端維持一個持續(xù)的非零負電流,實現(xiàn)了初級側零電壓開通(ZVS)的高效控制,并有效抑制了傳統(tǒng)DCM模式下的續(xù)流環(huán)振問題,同時優(yōu)化了EMI性能和降低了同步整流器件的應力,從而在保證雙輸出系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下,提升了全范圍初級開關效率并降低了系統(tǒng)成本。
1、單級拓撲顛覆多口快充!南芯 SIMO 方案甩掉降壓級,體積直縮 30%
充電頭網總結
南芯科技圍繞“近/準 ZVS”的工程化實現(xiàn),形成了從全集成單芯片控制器到單級隔離多路輸出(SIMO)的完整組合,覆蓋單口適配器與多口桌面等主流場景。通過自適應谷值控制、主動諧振/夾鉗與高速隔離通信等手段,兼顧高頻高效與低 EMI,在縮小磁件與精簡 BOM 的同時,縮短了開發(fā)周期并提升了功率密度與一致性表現(xiàn)。
當前 ZVS 能力下沉到量產級控制器與參考方案,使 GaN 的高頻優(yōu)勢可復制、可規(guī)模化,降低了 OEM/ODM 進入高密度多口快充的門檻。單級 SIMO 正在重塑系統(tǒng)分割方式,進一步釋放體積與成本空間,并為即將更嚴的中美能效法規(guī)提供技術路徑。隨著數字化控制、軟硬件協(xié)同與建模工具成熟,這類方案的可擴展性將延伸到更高功率、更復雜口數與更嚴苛的合規(guī)邊界,成為快充產品迭代的關鍵底座。
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