近期,通嘉科技推出面向不对称半桥反激架构的低负启动电流与即时谐振电流调变技术,并以 AHB Flyback 控制器 LD7711 实现产品化落地。

该技术主要面向 USB PD3.2 高功率快充、笔电适配器、照明电源及电动脚踏车充电器等应用,重点解决高输出电压、快速插拔、瞬断重启及保护恢复过程中容易出现的启动电流冲击问题,提升高功率电源的安全性与稳定性。

当前全球外置电源能效要求正持续收紧,DOE Level VII 围绕主动工作模式平均效率和空载功耗提出更高要求,欧盟也更新外部电源生态设计法规,进一步推动外置电源向高效率、低待机功耗方向发展。

对于 USB PD3.2 高功率快充、笔电适配器等产品而言,如何在提升功率密度的同时降低空载损耗,已经成为电源控制器设计的重要方向。

通嘉目前相关技术成果已发表于 IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics(JESTPE)权威期刊。

该技术通过主动控制方式,解决 AHB Flyback 架构在 PD3.2 高压快充快速重启时的启动冲击与可靠性问题,同时减少传统泄放路径带来的额外待机损耗,为高功率、高密度快充电源设计提供了新的控制思路。

即时谐振电流调变,解决快速重启启动冲击

目前 USB PD3.2 将快充功率提升至 240W,电源适配器对宽输出电压、高功率密度和动态可靠性提出了更高要求。

AHB Flyback 不对称半桥反激架构兼具效率与功率密度优势,适合应用于中高功率快充、电源适配器及照明电源等场景。

不过,在高输出电压、快速插拔、AC 快速开关机或保护后重启时,谐振电容 CR 可能仍保留较高残余电压。

AHB Flyback快速重启下的谐振电流

AHB Flyback快速重启下的谐振电流关键波形

当系统重新启动并导通低侧开关进行高侧自举预充电时,残余能量会形成较大的负向启动谐振电流,冲击低侧开关和二次侧整流器件,影响系统可靠性。

AHB Flyback谐振电容并联泄放电阻

动态负载下之二次侧组件应力关键波形

传统泄放电阻虽然可以降低 CR 残余电压,但在快速重启场景下放电时间不足,同时还会带来额外待机功耗,难以兼顾可靠性与低功耗设计。

针对这一问题,通嘉提出低负启动电流与即时谐振电流调变控制技术。

FB Pin侦测电路

该技术通过辅助绕组及 FB Pin 侦测谐振电容状态,实时判断启动瞬间的谐振电流变化,并动态调节低侧开关预充电脉冲宽度。

当系统检测到可能产生过大负向谐振电流时,控制器会缩短或关断低侧预充电脉冲,限制启动电流尖峰;在状态安全时,则可适当延展预充电脉冲,加快高侧驱动供电建立。

由此,该技术将 AHB Flyback 的启动过程从传统被动泄放转为主动调控,既能保证高侧自举供电可靠启动,又能降低 GaN、MOSFET、同步整流器等功率器件的启动应力,尤其适合 PD3.2 高压快充、笔电适配器等频繁面临插拔、掉电和重启的应用场景。

LD7711 实现产品化落地,组成完整 PD3.2 快充方案

通嘉 LD7711 是该技术的代表性产品,面向不对称半桥反激架构设计。

该芯片采用 SOP-16 封装,支持 ZVS 零电压切换,最高工作频率 300kHz、最低工作频率 30kHz,内建高低侧开关驱动电路,并集成 700V 高压启动、X-Cap 放电、PFC 输出控制、VCC 复位控制以及多重保护功能。

通嘉也给出了完整 USB PD3.2 快充控制平台,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 组成,覆盖前级 PFC、主功率转换、同步整流和协议控制等关键环节,为 240W 级高功率快充电源提供完整解决方案。

实测数据验证,PD 48V 快速重启电流减半

根据 IEEE JESTPE 论文数据,通嘉该项实时谐振电流调变技术已在 240W USB PD3.2 原型机上完成验证。

相比传统泄放电阻方案,该技术在 PD 20V 下可将负向峰值谐振电流降低 27.1%,在 PD 48V 下可降低 50.5%,最大降幅达到 14.6A。

在更具代表性的 PD 48V 快速重启测试中,当 AC 关断时间仅为 8ms 时,该技术可将负向启动电流峰值由 20A 降至 10A,同时不影响整体自举预充电时间。

由于方案可取消传统泄放路径,原型机在 PD 48V 条件下无载输入功耗降低 29.3mW,降幅约 8.9%。

这也说明,通嘉该技术不仅能改善 AHB Flyback 快速重启可靠性,还能兼顾低待机功耗设计,对于高功率 PD 快充、笔电适配器以及其他宽输出电压电源产品具有较强的工程落地价值。

充电头网总结

AHB Flyback 架构在高功率快充中具有效率、功率密度和宽输出适配优势,但快速重启时的负向启动电流,一直是影响可靠性和器件选型的重要问题。通嘉此次推出的低负启动电流与即时谐振电流调变技术,针对的正是这一工程痛点。

相比传统泄放电阻方案,通嘉通过主动侦测与动态调变方式,将启动阶段的谐振电流纳入控制器管理,在降低启动冲击的同时,也减少了待机功耗和外围器件负担。

以 LD7711 为代表的 AHB Flyback 控制器方案,一方面可提升 PD3.2 高压快充、笔电适配器等产品在快速插拔和瞬断重启场景下的可靠性;

另一方面也有助于降低无载损耗,顺应 DOE Level VII、IEC 62301 等能效标准持续收紧所带来的设计趋势。

对于高功率、高密度快充电源而言,这类兼顾可靠性与能效的控制技术,后续有望成为方案差异化的重要方向。