南芯讲堂——ACDC 技术发展历程
发表时间: 2023-09-22 07:18:03 作者: 产品中心
的过程。这一转换过程通常利用AC/DC转换器来实现。在日常生活中,我们常见的电子设备(如手机、电脑等)常常要使用直流电来供电。然而,电力供应系统中的电能通常是以交流形式提供的,例如,家庭中的电源插座提供的是交流电。因此,为了使交流电能够很好的满足电子设备的直流电需求,就有必要进行AC/DC转换。
AC/DC转换在所有的领域都有广泛应用,从家庭电子设备到工业控制管理系统都有必要进行这种转换。通过AC/DC转换,我们也可以将交流电转化为适合各种设备使用的直流电,以满足多种设备对电源的要求。
AC/DC的发展可追溯到上世纪70年代初期,彼时开关电源开始步入大众视野。随着新技术持续不断的发展,AC/DC转换器也一直在升级,主要可分为以下几个发展节点:
最初的AC/DC转换,功率都比较小,和DC/DC一样,都是线性稳压器的直接降压方式。这种方式方案功能简单,但功率小,效率低,发热大,没办法实现大功率小体积的需求。但其有纹波小,性能好的特性,依然被用于一些特定高性能的场景。
同时伴随着模拟IC技术的发展,采用Bipolar工艺的PWM控制器问世,最典型的为Unitrode公司推出的电流模PWM控制器UC3842,采用PWM IC配合着高压平面MOSFET的Flyback电源性能、可靠性更优,逐渐替代传统方案。中大功率方案仍然以硬开关的正激、半桥、全桥等电路为主流方案;方案至今在一些对可靠性要求高的工业类、航空类产品中仍然采用。
2000年之后,QR准谐振反激技术成熟,超节高压MOS替代传统高压MOS。
降低开关损耗,提高效率,成为小功率AC-DC的主流控制方案;中大功率市场, 80PLUS认证标准下的白牌、铜牌、银牌、金牌、铂金、钛金对效率、待机功耗的要求慢慢地提高,具有软开关特性的变换器开始流行,如谐振变换器、移相全桥等。该阶段,AC-DC IC产品主要以欧美和台系模拟IC企业为主。
2010年以来,随着手机快充市场的加快速度进行发展,AC-DC电源效率、功率密度均有大幅度的提高;市场需求的变化催化AC-DC IC产品技术加速迭代,性能与集成度慢慢的升高,充电功率从最早的5W提升至200W,待机功耗从最初的0.3W提升到现在的75mW,功率密度从0.2W/cc提高到2W/cc。
功率密度大幅度的提高离不开第三代半导体的助力。氮化镓是第三代半导体材料的代表,它可在更高频率下运行且具有更快的开关速度和更低的功耗。
2018年前后,随着氮化镓器件成本的下降和可靠性的提高,氮化镓器件具有的高频开关性能和低导通阻抗成为下一代电源适配器的关键技术。同时氮化镓器件还具有低寄生电容的特点。在高频开关的应用场景中,驱动电路环路中的寄生电感会形成高频振铃以此来降低了器件的可靠性,同时加剧系统的电磁干扰问题。
南芯科技专对于氮化镓器件所优化的差分驱动技术,通过适配驱动电压可对氮化镓器件直接进行驱动。并将氮化镓功率器件、驱动和控制器高度集成与整合,利用合封将电路板上的连接导线,整合到封装内部,降低寄生参数对开关的影响。这项技术即精简了外围驱动电路设计,同时也提升了产品的可靠性并节省本金,能最大限度发挥出氮化镓器件的优势。
同时,中大功率市场能耗需求逐步提升,不同厂家推出多种基于第三代半导体氮化镓和碳化硅的新型半桥软开关拓扑,应对大功率的应用。
2021年,南芯科技作为国内首家推出GaN直驱IC方案的公司,重磅推出GaN直驱方案SC302x系列并成功量产。
2022年,南芯首次推出All GaN解决方案,成为国内首家量产GaN Combo的公司,推出高度集成SC305x系列方案。
2023年,南芯再次突破,推出国内首家原副边全集成方案POWERQUARK®系列,整合5大技术,实现5种功能,超越95%转换效率,给设计者和用户所带来了前所未有的极致体验。
据相关媒体评价:通过对南芯该款参考设计的解析发现,整个参考设计只采用了一颗芯片就实现了传统充电器中多颗器件才能实现的功能。在实测中该款参考设计的转换效率、待机功耗和兼容性都有很不错的表现。南芯POWERQUARK®系列芯片遥遥领先于同种类型的产品,在集成度,可靠性,协议支持等多个角度均具有优势。
南芯POWERQUARK®系列新产品具有业界领先的超高集成度、超高效率及极致的安全性能,支持多种格式的通信协议,并可实现超高整机功率密度,相比上代方案最多可减小 30%,必将在快充行业引起巨大震动,掀起快充技术变革,引领新的快充世代。
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