专为储能GaN设计的高频QR控制器
2024-04-28 23
所谓高频QR控制器是一种功率转换器控制技术，它通过快速切换（高频）和准谐振（QR）模式来优化能量转换效率。这种控制器在开关电源设计中，尤其是采用GaN器件的Flyback（反激式）拓扑结构中起到关键作用。
而GaN材料因其高击穿电压、低导通电阻、高速开关和高温稳定性的特点，在电源转换领域得到了广泛应用，特别是在需要高频和高效率的快速充电器、适配器和其他电源产品中。
高频QR控制器的主要特点是能够在高频下工作（例如25kHz至500kHz），并在QR模式下实现谷底开通（valley switching），即当变压器漏感产生的电压振荡处于谷底时开启开关器件，从而显著降低开关损耗。
在储能系统中，无论是电池充放电过程还是将电池电量转换为不同电压等级供负载使用，都需要经过DC/DC转换器。采用支持GaN的高频QR控制器可以大幅提高转换效率，因为GaN器件本身具有更低的导通电阻和更快的开关速度，结合QR技术能在较低的开关损耗下工作，从而减少能量损失。
此外，高频工作和GaN器件的高效特性允许设计更小体积和重量的逆变器和充电器，这对于储能系统至关重要，尤其是在空间有限或者需要便携式储能解决方案的应用场景。高频QR控制器配合GaN功率器件也能够提供快速的动态响应，这让储能系统在应对复杂电网条件、快速负载变化或者电力质量调节等情景时具有优势。
同时，高频QR控制器还能帮助储能系统实现更宽负载范围、更高功率密度以及延长寿命的目的，极大地增强储能系统的整体性能，有利于推动储能技术在家庭储能、电动汽车充电、可再生能源接入等领域的应用和发展。
市场中支持GaN的高频QR控制器方案
在现代电子设备中，尤其是那些对效率和体积有严格要求的设备，如笔记本电脑、智能手机充电器、电动汽车等，GaN技术的应用越来越广泛。高频QR控制器通过与GaN技术的结合，能够进一步提升这些设备的性能，实现更高的能源转换效率和更小的体积。
当前市场中也有不少针对GaN技术的优势进行优化，以充分利用GaN器件的高速开关特性和提高整体电源转换效率的QR系列产品。
如安森美NCP1342是一款适用于QR反激架构的氮化镓控制器，具有高频初级PWM控制功能，内置主动X2电容放电和多重完善的保护功能。该控制器能够提供高效率的电源转换，同时保持系统的稳定性和可靠性。
芯茂微LP88GXX系列是内置GaN的高频QR功率芯片，具有HV脚位高压启动功能，内置X电容放电功能，有效抑制电磁干扰，提高系统的抗干扰能力。LP88GXX系列采用多模式恒压控制方式，能够根据负载变化自动调整工作模式，从重载到轻载，提高系统效率。此外，该系列芯片具有多重保护功能，如过流限制保护、过压保护等，确保设备安全稳定运行。
杰华特JW1550则是一款有源钳位反激控制器，支持ZVS开通，提高效率，并具备抖频功能改善EMI性能。JW1550采用负电压采样技术，减小驱动回路满足高频应用的需求，同时具备高压启动、X电容放电等特性，简化了电源系统设计。
必易的KP2202是一款高性能GaN快充控制器，内置高压启动功能，并集成了AC输入掉电检测与X电容放电功能。这款芯片具有超低启动/工作电流，待机功耗小于30mW，支持低谷锁定模式，最高工作频率分500kHz、300kHz、140kHz三档可调，通过峰值电流抖动实现抖频功能。
南芯的SC3021A支持高达170KHz的工作频率，适用于绕线式变压器，并集成了高压启动及交流输入BrownIn/Out功能。这款芯片采用专有的GaN直驱设计，省去外置驱动器或分立驱动器件，简化了电源系统设计，同时具有高性价比和高功率密度。
这些高频QR控制器通过与GaN器件的结合，能够实现更快的充电速度、更小的尺寸以及更高的能效，非常适合用于USB PD快充、适配器和其他需要高效率和紧凑设计的电源应用场景。
小结
支持GaN应用的高频QR控制器能够帮助储能系统提高能量转换效率，减小系统体积，降低成本，保证系统安全运行，并能够快速响应负载需求，是现代高效能储能系统中不可或缺的关键技术之一。电子发烧友网报道（文/黄山明）
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