支持 ZVS 的 QR 反激芯片盤點(diǎn)，廠商與架構(gòu)一覽

前言

近年來，USB-PD 和多口快充市場(chǎng)對(duì)小體積、高功率密度的需求持續(xù)攀升，推動(dòng)了以氮化鎵（GaN）器件和更高開關(guān)頻率為核心的電源架構(gòu)快速演進(jìn)。傳統(tǒng)硬開關(guān)在高頻下帶來明顯的開關(guān)損耗、尖峰與 EMI，而 QR 反激雖能降低開通損耗，但易發(fā)生谷跳且難以在寬輸入/負(fù)載范圍內(nèi)持續(xù)維持近 ZVS，限制了進(jìn)一步升頻與縮小磁件的空間。

而支持 ZVS 的 QR 反激控制器，通過強(qiáng)制諧振、主動(dòng)夾鉗或自適應(yīng)谷值跟蹤實(shí)現(xiàn)，把“軟開關(guān)”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(fù)擔(dān)；對(duì)追求高功率密度與快速落地 GaN 方案的工程團(tuán)隊(duì)，這類器件能夠有效降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度并提升產(chǎn)品競爭力。

支持 ZVS 的 QR 反激控制器

充電頭網(wǎng)已將了解到的多款支持 AVS 的 QR 反激控制器匯總成上表所示，接下來將詳細(xì)介紹一下這些芯片。

以下排名不分先后，按企業(yè)英文首字母排序。

infineon英飛凌

XDPS21081

Infineon XDPS21081 是一款面向高密度 USB-PD / 快充適配器的數(shù)字 PWM 控制器，采用公司專利的 Forced Quasi-Resonant (FQR) / ZVS 工作原理。器件集成了 600V 啟動(dòng)單元、支持多模式工作并保證 DCM 操作，通過自生共振/強(qiáng)制諧振機(jī)制在主開關(guān)上實(shí)現(xiàn)近似/嚴(yán)格的零電壓開通，從而在高頻工作下最大限度降低開關(guān)損耗與應(yīng)力。

XDPS21071

英飛凌XDPS21071是一顆電流模式的數(shù)字化控制器，用于高密度開關(guān)電源應(yīng)用。芯片采用可配置的多模式控制器，可在突發(fā)模式和DCM模式切換。先進(jìn)的算法提供了多模式操作和多種保護(hù)功能。芯片內(nèi)部集成模擬信號(hào)和混合信號(hào)外設(shè)，降低待機(jī)功耗的同時(shí)并且簡化電路。

英飛凌XDPS21071內(nèi)部集成600V高壓啟動(dòng)電路，用于快速啟動(dòng)和直接電壓采集，為可變的輸出電壓提供自適應(yīng)的電流限制，具有超低的空載功耗，同時(shí)可使用單引腳UART接口進(jìn)行配置。XDPS21071可通過UART接口配置系統(tǒng)參數(shù)及保護(hù)功能。

英飛凌XDPS21071內(nèi)置兩路驅(qū)動(dòng)器，分別用于驅(qū)動(dòng)主開關(guān)管和輔助開關(guān)管，輔助開關(guān)管與變壓器的附加繞組配合工作，用于降低主回路的諧振電壓，降低開關(guān)損耗，優(yōu)化系統(tǒng)體積。XDPS21071采用DSO-12貼片封裝。XDPS21071符合JEDEC47/20/22相關(guān)工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)要求，可應(yīng)用于高功率密度的適配器和充電器。

1、英飛凌發(fā)布XDPS21071多模式數(shù)字化ZVS零電壓反激控制器

MPS芯源半導(dǎo)體

MPXG2100

MPXG2100系列器件統(tǒng)稱為NovoOne系列，由一系列一體化反激式穩(wěn)壓器組成。該系列穩(wěn)壓器集成了符合GaN標(biāo)準(zhǔn)的原邊驅(qū)動(dòng)電路、GaN HEMT、副邊控制器、副邊理想二極管以及符合安全標(biāo)準(zhǔn)的反饋電路，因此兼具原邊調(diào)節(jié) (PSR) 和副邊調(diào)節(jié) (SSR) 的優(yōu)勢(shì)。

NovoOne系列采用容性隔離技術(shù)，可以省去連接原邊和副邊的光耦合器。

該系列器件還采用特有同步整流器 (SR) FET控制，可在非連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 下實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)零電壓開關(guān) (ZVS)。SR可以匹配原邊驅(qū)動(dòng)信號(hào)，因此可以在低壓交流輸入下以連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 安全運(yùn)行。這減少了對(duì)輸入大電容的需求，進(jìn)一步提高了功率密度。

PI

InnoSwitch 5-Pro

InnoSwitch5-Pro內(nèi)部集成750V或900V PowiGaN初級(jí)開關(guān)、初級(jí)側(cè)控制器、FluxLink隔離反饋功能和具有I2C接口的次級(jí)控制器，采用獨(dú)有的變頻開關(guān)控制方式，可根據(jù)數(shù)字信號(hào)的反饋來決定初級(jí)功率開關(guān)的一個(gè)開關(guān)方式，響應(yīng)速度更快。

InnoSwitch5-Pro的變換效率最高可達(dá)95%，主要源于采用了氮化鎵功率開關(guān)，并結(jié)合零電壓開關(guān)技術(shù)以降低功率開關(guān)管的開關(guān)損耗。這不僅有助于提升效率，還能降低集成電路（IC）的溫升。

同時(shí)，InnoSwitch5-Pro具有I2C可編程接口用于跟外部MCU通信，適用于任何微控制器，支持USB PD3.1、UFCS以及其他專有協(xié)議。MCU負(fù)責(zé)與外部負(fù)載通訊，因此不論使用何種通訊協(xié)議，只需在MCU軟件中進(jìn)行調(diào)整，功率器件將根據(jù)MCU的指令執(zhí)行相應(yīng)操作。

1、數(shù)字控制新時(shí)代，PI推出新一代反激式開關(guān)IC InnoSwitch5-Pro系列

InnoSwitch4-Pro

InnoSwitch4-Pro是Power Integrations推出的高性能數(shù)字電源管理芯片，采用自研的PowiGaN技術(shù)，配備750V PowiGaN氮化鎵初級(jí)開關(guān)，可有效降低導(dǎo)通電阻并提升開關(guān)頻率至140kHz。該芯片結(jié)合先進(jìn)的有源鉗位技術(shù)，支持CCM和DCM下的零電壓開關(guān)，可有效減少開關(guān)損耗并優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，集成的數(shù)字可編程控制引擎通過I2C接口實(shí)現(xiàn)與外部微控制器的精準(zhǔn)通信，為電壓與電流的精確調(diào)控提供了強(qiáng)有力的支持。

1、專為小體積、高功率密度快充設(shè)計(jì)，PI推出全新電源IC InnoSwitch4-Pro

SouthChip南芯科技

SC3107C

SC3107C芯片采用南芯科技自研的全集成高壓隔離封裝，內(nèi)置了原邊控制器，氮化鎵功率管，高速隔離數(shù)字通訊模塊SC-PQLINK?，同步整流控制器和協(xié)議芯片。實(shí)現(xiàn)了用一顆芯片替代傳統(tǒng)方案中的五顆芯片。

該芯片的高集成度大幅度減少充電器外圍元件數(shù)量，具備開發(fā)周期短，產(chǎn)品性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)。芯片內(nèi)置的高速數(shù)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(shí)還實(shí)現(xiàn)了次級(jí)控制。芯片利用次級(jí)控制優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了原邊軟開關(guān)和主動(dòng)式同步整流，提升了電源的整體效率，并降低散熱要求。

TI 德州儀器

UCC28781

TI 推出的 UCC28781 是一款面向高密度適配器與快充應(yīng)用的 ZVS（零電壓開通）反激控制器，其核心優(yōu)勢(shì)在于通過自適應(yīng) ZVS 控制算法和精確的開關(guān)時(shí)序管理，有效降低了開關(guān)損耗與EMI，實(shí)現(xiàn)高頻、高效率運(yùn)行。相比傳統(tǒng)準(zhǔn)諧振（QR）控制方案，UCC28781 能在更寬的負(fù)載范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的ZVS狀態(tài)，使主功率MOSFET在零電壓下導(dǎo)通，大幅提升了系統(tǒng)整體能效與熱性能表現(xiàn)。同時(shí)，器件內(nèi)部集成高壓啟動(dòng)、同步整流驅(qū)動(dòng)及多重保護(hù)功能，為設(shè)計(jì)者在高功率密度AC-DC電源設(shè)計(jì)中提供了極高的集成度與可靠性。

憑借其先進(jìn)的ZVS控制機(jī)制，UCC28781 可在高達(dá)數(shù)百千赫茲的頻率下工作，從而顯著減小磁性元件體積，實(shí)現(xiàn)更緊湊的電源結(jié)構(gòu)。在輕載條件下，芯片還能智能切換至低功耗模式，進(jìn)一步優(yōu)化待機(jī)能耗。結(jié)合TI完善的設(shè)計(jì)支持與應(yīng)用生態(tài)，UCC28781 為PD快充、USB-C適配器、工業(yè)電源等場(chǎng)景提供了兼顧高效率、低噪聲與高功率密度的理想控制方案，展現(xiàn)出新一代ZVS反激架構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用潛力。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

充電頭網(wǎng)匯總了當(dāng)前主流廠商推出的多款支持 ZVS 的 QR 反激控制器，從傳統(tǒng)準(zhǔn)諧振架構(gòu)的優(yōu)化出發(fā)，展示了各家在降低開關(guān)損耗、拓寬 ZVS 工作范圍與提升功率密度方面的技術(shù)路線。無論是通過主動(dòng)夾鉗實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)制 ZVS，還是數(shù)字化自適應(yīng)谷值控制，這些方案都體現(xiàn)出反激拓?fù)湓诟哳l高效方向上的持續(xù)演進(jìn)。

通過為工程師與產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)系統(tǒng)化的參考視角，幫助快速了解業(yè)界在 ZVS 控制技術(shù)上的最新進(jìn)展與差異化方案。隨著高功率密度、小體積電源的需求持續(xù)增長，支持 ZVS 的 QR反激控制器已成為新一代適配器與快充電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵方向。