摘要:在中低功率的 AC/DC 供电领域,传统的反激变换器因其电路结构简单、成本低廉而一直是主流选择。然而,该拓扑依赖于 RCD 被动钳位电路对漏感能量进行吸收并以热量形式耗散,随着开关频率和功率密度的提升,钳位电阻和二极管上的功率损耗以及因电感寄生参数引起的尖峰振
前言
在中低功率的 AC/DC 供电领域,传统的反激变换器因其电路结构简单、成本低廉而一直是主流选择。然而,该拓扑依赖于 RCD 被动钳位电路对漏感能量进行吸收并以热量形式耗散,随着开关频率和功率密度的提升,钳位电阻和二极管上的功率损耗以及因电感寄生参数引起的尖峰振铃问题愈发突出,不仅降低了系统效率,还增加了散热和 EMI 设计的难度。面对 USB-PD、QC 等快充标准对转换效率与功率密度的多种要求,这些被动钳位带来的效率瓶颈和电压尖峰问题愈发显露。
作为应对方案,有源钳位反激(ACF)技术通过将传统钳位二极管替换为可控钳位开关,并配合钳位电容回收和再利用漏感能量,实现了全负载下的零电压开通(ZVS)或零电流关断(ZCS),从而有效降低开关损耗与电压/电流尖峰并提升 EMI 性能。
ACF 有源钳位反激控制器盘点
充电头网已对市面上多家半导体厂商推出的有源钳位反激(ACF)控制器产品进行了系统整理与汇总,这些产品涵盖了不同功率等级,可为工程师快速选型提供参考。
以下排名不分先后,按企业英文首字母排序。
DK东科
东科DK8607AD
DK8607AD 是一款集成了两颗 GaN 功率器件的有源钳位反激控制 AC-DC 功率开关芯片。DK8607AD 利用漏感能量,可以实现原边功率管 ZVS,副边整流管 ZCS,从而提高电源系统效率,降低功率管的应力,减小开关损耗并改善电磁干扰(EMI)。
DK8607AD支持最高1MHz开关频率,效率高达95%,待机功耗小于50mW,具备自适应死区时间,外围极致精简,同时具备无卤素特性,符合ROHs要求,并内置高压启动和X电容放电电路,可适应宽电压,推荐功率为70W,可为系统提供更高的性能和可靠性。
DK8607AD 极大的简化了反激式 AC-DC 转换器的设计和制造,尤其是需要高转化效率和高功率密度的产品。DK8607AD 具备完善的保护功能:输出过压保护(OVP),VCC 过、欠压保护,过温保护(OTP),开环保护,输出过流保护(OCP),输出短路保护等。
DK8607AD采用DFN8*8的封装形式,适用于高功率密度快速充电器、适配器、笔记本适配器、平板电脑适配器、机顶盒适配器等领域之中。
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1、采用高效ACF架构,拆解mophie 67W 2C1A氮化镓充电器
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东科DK8610AD
DK8610AD 是一款专为高功率密度 AC-DC 反激转换器设计的有源钳位电源管理芯片,内部集成两颗氮化镓(GaN)功率管,并通过利用漏感能量实现原边开关管零电压开通(ZVS)和副边整流管零电流开通(ZCS),有效降低开关损耗与器件应力,提升系统效率,最高峰值效率可达95%。芯片支持最高1 MHz的开关频率,待机功耗低于50 mW,并内置自适应死区时间与抖频电路,有效改善电磁干扰,同时通过高低压输入补偿保证在不同市电条件下均能输出稳定功率,推荐输出功率可达100W,极大简化外围电路设计与制造难度。
在保护功能方面,DK8610AD 提供了全面的硬件级安全机制,包括输入过压、欠压检测,VCC 过压保护、过温保护(OTP)、开环与初级过流保护(OCP)、输出短路(OSP)与过压保护(OVP)等多种防护模式,所有异常触发后均可自动重启或进入打嗝保护状态以确保系统可靠性;此外,芯片还集成了 X 电容有源放电功能,实现交流断电后 X 电容迅速泄放,无耗损待机时无额外电流消耗。其典型应用覆盖快充适配器、笔记本与平板电脑电源、机顶盒电源等需高效率、高可靠性的消费与通信电子设备。
东科DK8612AD
DK8612AD是一款集成了两颗 GaN 功率器件的有源钳位反激控制 AC-DC 功率开关芯片。
DK8612AD 利用漏感能量,可以实现原边功率管 ZVS,副边整流管 ZCS,从而提高电源系统效率,降低功率管的应力,减小开关损耗并改善电磁干扰(EMI)。
DK8612AD支持最高1MHz开关频率,效率高达95%,待机功耗小于50mW,具备自适应死区时间,外围极致精简,同时具备无卤素特性,符合ROHs要求,并内置高压启动和X电容放电电路,带有升压PFC,推荐功率为120W,可为系统提供更高的性能和可靠性。
DK8612AD 极大的简化了反激式 AC-DC 转换器的设计和制造,尤其是需要高转化效率和高功率密度的产品。DK8612AD 具备完善的保护功能:输出过压保护(OVP),VCC 过、欠压保护,过温保护(OTP),开环保护,输出过流保护(OCP),输出短路保护等。
DK8612AD采用DFN8*8的封装形式,适用于高功率密度快速充电器、适配器、笔记本适配器、平板电脑适配器、机顶盒适配器等领域之中。
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Infineon英飞凌
英飞凌 PAG2S-2P
英飞凌推出的 EZ-PD™ PAG2S-2P 65 W 高频主动箝位反激充电器及适配器解决方案,结合了 PAG2P 与 PAG2S 两款芯片的优势,实现 AC-DC 与 DC-DC 转换的无缝衔接。PAG2P 负责一次侧启动与高、低侧 PWM 驱动,具备完善的保护与软启动功能;PAG2S 作为二次侧 USB PD 控制器,支持同步整流架构以提升整机效率,并内置 PD 协议栈、CC 引脚控制及温度检测接口。该方案凭借紧凑的设计、高度集成的控制功能与优异的轻载性能,能够在 65 W 输出功率下为各种智能终端设备提供可靠、高效且符合最新 USB PD 标准的充电解决方案。
JoulWatt杰华特
杰华特JW1550
JW1550是专用于ACF(有源钳位反激电路)的控制器,采用自主研发的新型自适应ZVS控制技术,可以实现主功率管的ZVS开通,同时回收漏感能量,实现不同输入输出下的效率最优,和业界的传统QR方案相比,ACF控制方式下的65W-200W适配器效率能提升1.5%;且主功率管管电压应力小;加入抖频功能,可以有效改善系统的EMI性能;同时支持X-cap放电,内置Boost电路,供电适合宽范围输出应用,外围电路简单。和业界量产中的ACF方案对比,外围电路能省15颗器件左右,在缩小设备体积和环保方面优势明显。多模式控制策略可以进一步提高系统的全范围效率,在宽范围输出场合也能满足能效标准。
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MORNSUN金升阳
金升阳SCM1737ASA
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Onsemi安森美
安森美NCP1568
NCP1568是一款高度集成的AC-DC PWM控制器,专为ACF主动箝位反激拓扑设计,内置高压启动电路、强驱动低侧FET和5 V逻辑电平箝位FET驱动,支持Super-Junction MOSFET和GaN FET。它采用专有的可变频率算法,实现全工况下MOSFET的零电压开关(ZVS),在提升开关频率、增强功率密度和整体效率的同时简化EMI滤波设计;并具备多模式运行能力,可在主动箝位反激(ACF)与断续导通模式(DCM)间无缝切换,且通过“静默跳跃”(Quiet-Skip)技术在空载时实现极低待机功耗,适用于高密度适配器、工业电源、通信和照明等领域。
Power Integrations
PI InnoSwitch4-CZ 芯片组
PI推出的InnoSwitch4-CZ和ClampZero芯片组,通过有源钳位取代传统电源中的RCD钳位电路,在主开关管关断的时候,通过增加的PowiGaN开关管将漏感能量储存起来,并在主开关管开通前,通过变压器把钳位电容内部储存的能量传输到次级输出,提升电源的转换效率。
值得一提的是,通过有源钳位将漏感能量回收再利用,还可以利用漏感能量来实现主开关管的零电压开关,降低主开关管的开通损耗。开关损耗和漏感能量重新再利用后,即可进一步提升开关频率,缩小充电器的体积。
PI采用非互补的有源钳位工作方式,有效利用钳位能量,实现主开关管的零电压开通。非互补工作方式,可以在主开关管开通之前的很短的一段时间之内,进行一次上管的开关操作。上管开通时,将电容中储存的漏感能量通过变压器释放到次级,并利用关断后的死区时间,将主开关管的VDS电压泄放到0V,然后实现主开关管的零电压开通。
非互补有源钳位工作方式可以减小有源钳位工作方式在不同工况下的开关频率变化范围,实现DCM到CCM之间的平滑切换,支持更宽的输出电压电流变化范围,而在轻载时避免工作于打嗝模式,可以获得更低的输出纹波特性,满足USB PD充电器的宽范围输出的应用需求。而通过一个控制器对三个功率开关的精确时序控制,实现整体电源效率的最大化,实现功率密度最大化的USB PD充电器设计。
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ST意法半导体
意法ST-ONEHP
ST-ONEHP是具有同步整流的新型非互补ACF控制的ST-ONE系列数字控制器,内置USB-PD 3.1 EPR协议,全球首款嵌入式控制器ARM Cortex M0+核心,离线可编程控制器与同步整流,与USB PD PHY一体封装,具有强化电流隔离的集成单片。极短的开发周期和极简的BOM,配合GaN使用,可以快速高效的帮助厂商开发出稳定、高效的高功率密度快充产品。适用于USB-PD笔记本电脑适配器、高功率密度充电器、AC-DC 适配器和大功率充电器(USB EPR)。
意法半导体推出的STONE多合一控制器将传统电源中原边控制器、氮化镓驱动器、反馈光耦、同步整流控制器和协议芯片全部集成,电源内部只需一颗控制器搭配对应的开关管即可。意法STONE控制器的出现,有效简化了电源开发设计难度,并解决了长短料问题,改变了传统电源元件繁多的历史。
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TI德州仪器
TI UCC28780
TI UCC28780是一款1 MHz高频主动箝位(Active-Clamp)反激控制器,可在紧凑型AC-DC电源中实现超高功率密度并满足DoE Level VI与EU CoC V5 Tier-2等全球能效标准。它采用自适应零电压开关(ZVS)算法、自动死区时间优化及自动调谐技术,确保在全输入电压与负载范围内实现真正的零电压开关以最大限度降低开关损耗并简化EMI滤波设计。
芯片支持硅MOSFET与GaN FET,并通过逻辑电平门极驱动与使能输出直接驱动功率开关,同时可与VDS感测同步整流控制器(如UCC24612)配合使用以进一步提升转换效率。器件内置可编程过功率保护、棕断检测、过温及输出短路保护等多重保护功能,并具备自适应爆发模式与静默跳跃(Quiet-Skip)等多模式控制,在轻载及空载条件下保持高效率与低噪声输出。
UCC28780广泛应用于高密度适配器、工业电源、通信与照明等AC-DC电源领域,并在TI官方45 W评价模块(UCC28780EVM-002)中验证了其超94%峰值效率与优异功率密度表现。
TI UCC28782
TI德州仪器UCC28782是一款具有防EMI抖动、X电容器放电和偏置电源管理功能的高密度有源钳位反激式(ACF)控制器,最大工作频率可达1.5MHz,可实现超过93%的效率,支持过热、过压、输出短路、过流、过功率和引脚故障,采用4x4mm 24 引脚 QFN 封装。
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充电头网总结
ACF拓扑是定位高端、追求小巧体积的65W~200W充电器的最优选择之一。 ACF方案可以实现主功率管的ZVS开通,最大程度减小开关损耗,同时回收漏感能量,提高系统效率。基于ACF的这些优点,可应用在高频系统中,进一步提高功率密度。和传统QR方案相比,ACF拓扑的65W-200W适配器效率能提升1.5%左右,且主功率管电压应力小。
充电头网汇总的多款ACF控制器芯片方案,覆盖了不同的功率等级,可为工程师提供了从 10 W 至 200 W 应用的全谱选型便利。随着各大厂商对 ACF 拓扑控制策略的持续优化与数字化自适应功能的融合,未来 ACF 控制器将在提升功率密度、降低 EMI 及缩短研发周期方面持续发挥核心作用,助力快充、新能源电源等领域的再度升级。
来源:充电头网