基于GaN的反激拓扑提高USB Type-C充电器的效率

对更小、更紧凑、更高效的旅行适配器不断增长的需求促使最近的研究活动转向开发高效和高功率密度的充电器，能够实现出色的热管理并保持较低的外壳温度。对电池快充解决方案的快速发展贡献最大的公司之一是泰戈尔科技。

Tagore 成立于 2011 年 1 月，在伊利诺伊州阿灵顿海茨和印度加尔各答设有设计中心，是一家无晶圆厂半导体公司，开创了用于射频 (RF) 和电源管理应用。公司研发团队专注于开发基于宽带隙材料的解决方案，能够应对射频和电源设计挑战，加快各种应用的上市时间。

这篇文章是基于与Amitava达斯博士接受记者采访时泰戈尔科技首席执行官兼联合创始人，并呈现在2021 IEEE应用电力通过Saikat戴伊，玛尼布尚雷，Harshit瑞里，拉杰什戈什，泰戈尔的马尼什·沙阿电子会议和博览会 (APEC)，是应用电子领域最相关的活动，几乎于 2021 年 6 月 14 日至 17 日期间举行。

反激式拓扑比较

活动期间，泰戈尔比较了两种反激式 DC/DC 转换器拓扑：准谐振反激 (QRF) 和有源钳位反激 (ACF) 拓扑，适用于基于 GaN 的 65W USB Type-C 充电器应用。对于功率低于 100 W 的充电器应用和电源适配器，最流行的拓扑是基于 Si MOSFET 的单开关 QRF，它实现了低于 90% 至 91% 的系统效率，低于 10 W/in 的功率密度。3（因为它受到无源钳位缓冲器损耗的影响）和硬开关损耗（尤其是在 150 kHz 以上的开关频率下）并且需要庞大的热管理来散热。可以通过两种可能的解决方案来解决此问题。

第一个涉及采用基于 GaN 的 ACF 拓扑，它可以在没有任何振铃的情况下钳位初级开关电压，并将变压器泄漏能量回收到输出，而没有任何缓冲器损耗。该解决方案可以在更高的开关频率下运行，同时提供比传统反激式适配器更高的效率和更高的功率密度。但是，这种设计需要负电流来开启主开关的 ZVS，这会增加初级 RMS 电流，从而导致变压器和开关处的传导损耗以及变压器中的磁芯损耗更高。

第二种解决方案是基于 GaN 的 QRF 拓扑，与基于 GaN 的 ACF 设计相比，这是一种低成本的解决方案，特别适用于 200 kHz 以下的 *** 作，因为在较高的开关频率下，开关损耗和缓冲器损耗成为主导.

“在我们的工作中，我们在相同体积下使用 QRF 和 ACF 拓扑设计了两个这样的 65W USB PD 充电器，并通过实验比较了它们的性能，并从理论上计算了这些设计中的功率损耗分布，”Das 说。

QRF拓扑

具有同步整流的 QRF，如图 1 所示，是一种非连续电流模式或过渡模式反激式，具有谷值开关导通，以最大限度地减少开关导通损耗。RCD 电路钳位V SW节点电压，保护初级开关晶体管S 1不超过其击穿电压，同时耗散存储在L K 中的泄漏能量。当次级电流下降到零时，存储在开关节点寄生电容 (C sw ) 中的能量将与初级电感 (L m + L k )形成谐振回路，谐振频率为：