近期，通嘉科技推出面向不對稱半橋反激架構(gòu)的低負(fù)啟動(dòng)電流與即時(shí)諧振電流調(diào)變技術(shù)，并以 AHB Flyback 控制器 LD7711 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化落地。

該技術(shù)主要面向 USB PD3.2 高功率快充、筆電適配器、照明電源及電動(dòng)腳踏車充電器等應(yīng)用，重點(diǎn)解決高輸出電壓、快速插拔、瞬斷重啟及保護(hù)恢復(fù)過程中容易出現(xiàn)的啟動(dòng)電流沖擊問題，提升高功率電源的安全性與穩(wěn)定性。

當(dāng)前全球外置電源能效要求正持續(xù)收緊，DOE Level VII 圍繞主動(dòng)工作模式平均效率和空載功耗提出更高要求，歐盟也更新外部電源生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)，進(jìn)一步推動(dòng)外置電源向高效率、低待機(jī)功耗方向發(fā)展。

對于 USB PD3.2 高功率快充、筆電適配器等產(chǎn)品而言，如何在提升功率密度的同時(shí)降低空載損耗，已經(jīng)成為電源控制器設(shè)計(jì)的重要方向。

通嘉目前相關(guān)技術(shù)成果已發(fā)表于 IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics（JESTPE）權(quán)威期刊。

該技術(shù)通過主動(dòng)控制方式，解決 AHB Flyback 架構(gòu)在 PD3.2 高壓快充快速重啟時(shí)的啟動(dòng)沖擊與可靠性問題，同時(shí)減少傳統(tǒng)泄放路徑帶來的額外待機(jī)損耗，為高功率、高密度快充電源設(shè)計(jì)提供了新的控制思路。

即時(shí)諧振電流調(diào)變，解決快速重啟啟動(dòng)沖擊

目前 USB PD3.2 將快充功率提升至 240W，電源適配器對寬輸出電壓、高功率密度和動(dòng)態(tài)可靠性提出了更高要求。

AHB Flyback 不對稱半橋反激架構(gòu)兼具效率與功率密度優(yōu)勢，適合應(yīng)用于中高功率快充、電源適配器及照明電源等場景。

不過，在高輸出電壓、快速插拔、AC 快速開關(guān)機(jī)或保護(hù)后重啟時(shí)，諧振電容 CR 可能仍保留較高殘余電壓。

AHB Flyback快速重啟下的諧振電流

AHB Flyback快速重啟下的諧振電流關(guān)鍵波形

當(dāng)系統(tǒng)重新啟動(dòng)并導(dǎo)通低側(cè)開關(guān)進(jìn)行高側(cè)自舉預(yù)充電時(shí)，殘余能量會(huì)形成較大的負(fù)向啟動(dòng)諧振電流，沖擊低側(cè)開關(guān)和二次側(cè)整流器件，影響系統(tǒng)可靠性。

AHB Flyback諧振電容并聯(lián)泄放電阻

動(dòng)態(tài)負(fù)載下之二次側(cè)組件應(yīng)力關(guān)鍵波形

傳統(tǒng)泄放電阻雖然可以降低 CR 殘余電壓，但在快速重啟場景下放電時(shí)間不足，同時(shí)還會(huì)帶來額外待機(jī)功耗，難以兼顧可靠性與低功耗設(shè)計(jì)。

針對這一問題，通嘉提出低負(fù)啟動(dòng)電流與即時(shí)諧振電流調(diào)變控制技術(shù)。

FB Pin偵測電路

該技術(shù)通過輔助繞組及 FB Pin 偵測諧振電容狀態(tài)，實(shí)時(shí)判斷啟動(dòng)瞬間的諧振電流變化，并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)低側(cè)開關(guān)預(yù)充電脈沖寬度。

當(dāng)系統(tǒng)檢測到可能產(chǎn)生過大負(fù)向諧振電流時(shí)，控制器會(huì)縮短或關(guān)斷低側(cè)預(yù)充電脈沖，限制啟動(dòng)電流尖峰；在狀態(tài)安全時(shí)，則可適當(dāng)延展預(yù)充電脈沖，加快高側(cè)驅(qū)動(dòng)供電建立。

由此，該技術(shù)將 AHB Flyback 的啟動(dòng)過程從傳統(tǒng)被動(dòng)泄放轉(zhuǎn)為主動(dòng)調(diào)控，既能保證高側(cè)自舉供電可靠啟動(dòng)，又能降低 GaN、MOSFET、同步整流器等功率器件的啟動(dòng)應(yīng)力，尤其適合 PD3.2 高壓快充、筆電適配器等頻繁面臨插拔、掉電和重啟的應(yīng)用場景。

LD7711 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化落地，組成完整 PD3.2 快充方案

通嘉 LD7711 是該技術(shù)的代表性產(chǎn)品，面向不對稱半橋反激架構(gòu)設(shè)計(jì)。

該芯片采用 SOP-16 封裝，支持 ZVS 零電壓切換，最高工作頻率 300kHz、最低工作頻率 30kHz，內(nèi)建高低側(cè)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，并集成 700V 高壓啟動(dòng)、X-Cap 放電、PFC 輸出控制、VCC 復(fù)位控制以及多重保護(hù)功能。

通嘉也給出了完整 USB PD3.2 快充控制平臺，可由 PWM 控制器 LD7711、PFC 控制器 LD7593DB/DC、同步整流控制器 LD8529U 以及 PD 控制器 LD6617/LD6618 組成，覆蓋前級 PFC、主功率轉(zhuǎn)換、同步整流和協(xié)議控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為 240W 級高功率快充電源提供完整解決方案。

實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，PD 48V 快速重啟電流減半

根據(jù) IEEE JESTPE 論文數(shù)據(jù)，通嘉該項(xiàng)實(shí)時(shí)諧振電流調(diào)變技術(shù)已在 240W USB PD3.2 原型機(jī)上完成驗(yàn)證。

相比傳統(tǒng)泄放電阻方案，該技術(shù)在 PD 20V 下可將負(fù)向峰值諧振電流降低 27.1%，在 PD 48V 下可降低 50.5%，最大降幅達(dá)到 14.6A。

在更具代表性的 PD 48V 快速重啟測試中，當(dāng) AC 關(guān)斷時(shí)間僅為 8ms 時(shí)，該技術(shù)可將負(fù)向啟動(dòng)電流峰值由 20A 降至 10A，同時(shí)不影響整體自舉預(yù)充電時(shí)間。

由于方案可取消傳統(tǒng)泄放路徑，原型機(jī)在 PD 48V 條件下無載輸入功耗降低 29.3mW，降幅約 8.9%。

這也說明，通嘉該技術(shù)不僅能改善 AHB Flyback 快速重啟可靠性，還能兼顧低待機(jī)功耗設(shè)計(jì)，對于高功率 PD 快充、筆電適配器以及其他寬輸出電壓電源產(chǎn)品具有較強(qiáng)的工程落地價(jià)值。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

AHB Flyback 架構(gòu)在高功率快充中具有效率、功率密度和寬輸出適配優(yōu)勢，但快速重啟時(shí)的負(fù)向啟動(dòng)電流，一直是影響可靠性和器件選型的重要問題。通嘉此次推出的低負(fù)啟動(dòng)電流與即時(shí)諧振電流調(diào)變技術(shù)，針對的正是這一工程痛點(diǎn)。

相比傳統(tǒng)泄放電阻方案，通嘉通過主動(dòng)偵測與動(dòng)態(tài)調(diào)變方式，將啟動(dòng)階段的諧振電流納入控制器管理，在降低啟動(dòng)沖擊的同時(shí)，也減少了待機(jī)功耗和外圍器件負(fù)擔(dān)。

以 LD7711 為代表的 AHB Flyback 控制器方案，一方面可提升 PD3.2 高壓快充、筆電適配器等產(chǎn)品在快速插拔和瞬斷重啟場景下的可靠性；

另一方面也有助于降低無載損耗，順應(yīng) DOE Level VII、IEC 62301 等能效標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)收緊所帶來的設(shè)計(jì)趨勢。

對于高功率、高密度快充電源而言，這類兼顧可靠性與能效的控制技術(shù)，后續(xù)有望成為方案差異化的重要方向。