百瓦以上快充为何选择LLC架构

电子发烧友网报道（文/李诚）“充电五分钟，通话两小时”这句广告语可能是很多人对快充最开始的认识，在以前很多手机厂商为实现手机长时间续航，只会一味地增加手机电池容量，电池容量的增加，在重量与手机的厚度上都会有一定的增加，和原本发明手机时轻便的宗旨背道而驰，直到2010年，USB BC 1.2的颁布充电器由5V/1A提升到5V/1.5A（最大输出功率：7.5W），开始进入快充时代。

随着手机性能的不断提升，功耗也在变高，用户对提升快充功率的需求愈发强烈，快充市场逐渐火热起来。

百瓦以上快充为何选择LLC架构

现在市场上快充的主要输出功率在18W~120W之间，据公开信息显示，近七成以上的充电器采用QR的电路架构。由于用户对高功率充电器的追求，QR式架构（准谐振）已不能满足百瓦以上大功率、高功率密度需求，准谐振只参与能量转换的某一阶段，且所有输出电压范围内不可实现全软开关。而LLC架构能够在全负载范围内实现软开关，降低开关损耗，满足大功率、高功率密度需求。

软开关是在零电压或零电流下实现导通或关断，软开关能解决硬开关的开关损耗、容性开通、感性关断、二极管反向恢复等问题，并能有效降低EMI，从而实现高频化、高功率密度。软开关技术对功率器件高频化至关重要。

LLC谐振电路主要分为：全桥谐振和半桥谐振。全桥和半桥电路是以原边开关管数量区分的，原边由4个开关管排成H型的是全桥谐振电路，在原边部分只有全桥一半的是半桥谐振电路。副边是整流电路部分，整流电路可分为同步整流和不可控整流。同步整流是指，通过内置二极管的MOS管替代二极管。由于二极管具有导通压降，导通压降会随着电流增大而增大。因MOS管的导通电阻较低，导通压降也很小。同步整流电路能有效降低二极管损耗，提高电源转换效率。

总体来说，LLC架构能够在宽负载范围内实现零电压导通或关断。在输入电压和负载范围变化较大的情况下调节输出，开关频率变化不大。对频率进行控制，上、下管占空比相同（都是50%），减小次级同步整流MOSFET的电压应力。可以采用更低的电压MOSFET及无需输出电感，可以进一步降低系统成本。采用更低电压的同步整流MOSFET，可有效提升效率。

LLC架构的120W快充实例

全球首款120W氮化镓充电器——倍思120W氮化镓快充

（图片来源：倍思官网）

倍思120W氮化镓快充主控芯片采用的是安森美NCP13992，NCP13992是一种用于板桥LLC的高性能电流模式控制器。该控制器实现了600V门驱动程序，简化了布局，减少了外部组件的数量。

（基于LLC架构的NCP13992电路拓扑 图片来源：安森美官网）

LLC架构在频率、损耗、功率密度方面都具有较高的优势，但是由于输入与输出范围较小的原因，该架构在快充领域未能得到广泛应用，伴随着安森美NCP13992的推出，使LLC架构能够在百瓦快充电路架构上普及，该芯片具有一个专门的输出来驱动 PFC 控制器。此功能结合专门的无噪声跳过模式技术进一步提高了整个应用的轻负载能效。

总结

LLC采用电流模式控制，可获得更好的瞬态和稳定性，同时提升了轻载状态下的性能。GaN与LLC架构的结合在相同输出功率的情况下，比其他架构的功率密度更大、体积更小。百瓦以上快充采用LLC架构更为合适。