專為儲能GaN設(shè)計的高頻QR控制器

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）所謂高頻QR控制器是一種功率轉(zhuǎn)換器控制技術(shù)，它通過快速切換（高頻）和準(zhǔn)諧振（QR）模式來優(yōu)化能量轉(zhuǎn)換效率。這種控制器在開關(guān)電源設(shè)計中，尤其是采用GaN器件的Flyback（反激式）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中起到關(guān)鍵作用。

而GaN材料因其高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻、高速開關(guān)和高溫穩(wěn)定性的特點(diǎn)，在電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特別是在需要高頻和高效率的快速充電器、適配器和其他電源產(chǎn)品中。

高頻QR控制器的主要特點(diǎn)是能夠在高頻下工作（例如25kHz至500kHz），并在QR模式下實現(xiàn)谷底開通（valley switching），即當(dāng)變壓器漏感產(chǎn)生的電壓振蕩處于谷底時開啟開關(guān)器件，從而顯著降低開關(guān)損耗。

在儲能系統(tǒng)中，無論是電池充放電過程還是將電池電量轉(zhuǎn)換為不同電壓等級供負(fù)載使用，都需要經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換器。采用支持GaN的高頻QR控制器可以大幅提高轉(zhuǎn)換效率，因為GaN器件本身具有更低的導(dǎo)通電阻和更快的開關(guān)速度，結(jié)合QR技術(shù)能在較低的開關(guān)損耗下工作，從而減少能量損失。

此外，高頻工作和GaN器件的高效特性允許設(shè)計更小體積和重量的逆變器和充電器，這對于儲能系統(tǒng)至關(guān)重要，尤其是在空間有限或者需要便攜式儲能解決方案的應(yīng)用場景。高頻QR控制器配合GaN功率器件也能夠提供快速的動態(tài)響應(yīng)，這讓儲能系統(tǒng)在應(yīng)對復(fù)雜電網(wǎng)條件、快速負(fù)載變化或者電力質(zhì)量調(diào)節(jié)等情景時具有優(yōu)勢。

同時，高頻QR控制器還能幫助儲能系統(tǒng)實現(xiàn)更寬負(fù)載范圍、更高功率密度以及延長壽命的目的，極大地增強(qiáng)儲能系統(tǒng)的整體性能，有利于推動儲能技術(shù)在家庭儲能、電動汽車充電、可再生能源接入等領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

市場中支持GaN的高頻QR控制器方案

在現(xiàn)代電子設(shè)備中，尤其是那些對效率和體積有嚴(yán)格要求的設(shè)備，如筆記本電腦、智能手機(jī)充電器、電動汽車等，GaN技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。高頻QR控制器通過與GaN技術(shù)的結(jié)合，能夠進(jìn)一步提升這些設(shè)備的性能，實現(xiàn)更高的能源轉(zhuǎn)換效率和更小的體積。

當(dāng)前市場中也有不少針對GaN技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行優(yōu)化，以充分利用GaN器件的高速開關(guān)特性和提高整體電源轉(zhuǎn)換效率的QR系列產(chǎn)品。

如安森美NCP1342是一款適用于QR反激架構(gòu)的氮化鎵控制器，具有高頻初級PWM控制功能，內(nèi)置主動X2電容放電和多重完善的保護(hù)功能。該控制器能夠提供高效率的電源轉(zhuǎn)換，同時保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

芯茂微LP88GXX系列是內(nèi)置GaN的高頻QR功率芯片，具有HV腳位高壓啟動功能，內(nèi)置X電容放電功能，有效抑制電磁干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。LP88GXX系列采用多模式恒壓控制方式，能夠根據(jù)負(fù)載變化自動調(diào)整工作模式，從重載到輕載，提高系統(tǒng)效率。此外，該系列芯片具有多重保護(hù)功能，如過流限制保護(hù)、過壓保護(hù)等，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

杰華特JW1550則是一款有源鉗位反激控制器，支持ZVS開通，提高效率，并具備抖頻功能改善EMI性能。JW1550采用負(fù)電壓采樣技術(shù)，減小驅(qū)動回路滿足高頻應(yīng)用的需求，同時具備高壓啟動、X電容放電等特性，簡化了電源系統(tǒng)設(shè)計。

必易的KP2202是一款高性能GaN快充控制器，內(nèi)置高壓啟動功能，并集成了AC輸入掉電檢測與X電容放電功能。這款芯片具有超低啟動/工作電流，待機(jī)功耗小于30mW，支持低谷鎖定模式，最高工作頻率分500kHz、300kHz、140kHz三檔可調(diào)，通過峰值電流抖動實現(xiàn)抖頻功能。

南芯的SC3021A支持高達(dá)170KHz的工作頻率，適用于繞線式變壓器，并集成了高壓啟動及交流輸入BrownIn/Out功能。這款芯片采用專有的GaN直驅(qū)設(shè)計，省去外置驅(qū)動器或分立驅(qū)動器件，簡化了電源系統(tǒng)設(shè)計，同時具有高性價比和高功率密度。

這些高頻QR控制器通過與GaN器件的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)更快的充電速度、更小的尺寸以及更高的能效，非常適合用于USB PD快充、適配器和其他需要高效率和緊湊設(shè)計的電源應(yīng)用場景。

小結(jié)

支持GaN應(yīng)用的高頻QR控制器能夠幫助儲能系統(tǒng)提高能量轉(zhuǎn)換效率，減小系統(tǒng)體積，降低成本，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，并能夠快速響應(yīng)負(fù)載需求，是現(xiàn)代高效能儲能系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。