茂睿芯中大功率快充解决方案详解

2023年3月14日，2023（春季）全球快充产业峰会在深圳福田会展中心7号馆如期举行，此次峰会旨在为产业链企业搭建一个新品发布、技术交流的平台，同时也为行业从业人员提供一个了解快充产业最新资讯的窗口，从而助推行业的发展。

此次大会邀请了多位相关行业的知名企业代表进行演讲，进行全方位地展示与现场面对面地交流，以推动快充行业的跨界融合和多方互动。

此次大会上，茂睿芯（深圳）科技有限公司技术市场高级经理周银先生发表了《茂睿芯中大功率快充解决方案》演讲。

周银先生演讲分茂睿芯2022年度小结、茂睿芯中大功率快充解决方案、茂睿芯快充全方案介绍三方面进行。

 

 

公司成立于2017年，于2018年推出了第一条产品线，发展至今已有七条产品线，覆盖了百瓦级的PD快充、PSE适配器，几千瓦级的基站备电、便携式储能甚至上百千瓦级的直流充电桩、大型光伏发电等多个领域。在2022年，茂睿芯分别在西南、西北、东南三个地区新增了研发点，构建起了一个全国性的研发和销售体系，更好地服务客户。

 

近年来，不论是电动汽车还是手机，都是在往续航上面下功夫，在电池技术没有得到快速发展的时候，目前市场还是以堆电池的方法为主，随着电池容量的不断提升，就需要配备更大功率的充电方案，来提高单位时间的充电电量。
 

 

假如电源产品从65W提升到100W，就要从原来的单反激的电源加入PFC结构来满足大电源系统对THD（总谐波失真）和PF值（功率因数）的要求，为此，茂睿芯在PFC上推出了相应的MK2562系列产品。
 

 

而面对功率要进一步提升到240W这种更大功率上，茂睿芯则推出了MK2189 LLC控制器及双通道的同步整流产品MK1620。
 

 

茂睿芯为客户提供多种中大功率快充方案。方案一为PFC+Flyback+DCDC，其主打产品性价比，其中PFC部分可以采用MK2562系列产品，在反激上可以采用CCM+QR多模式的MK2687系列、MK2688系列产品，面对氮化镓有高频QR的MK2697系列，对应的同步整流部分有不同供电电压、工作频率的MK91816系列产品。
 

 

方案二为PFC+LLC+DCDC，PFC部分依然为MK2562系列产品，LLC部分可以采用电压型LLC控制器MK2189（下半年茂睿芯还会推出MK2199，为客户提供更多选择），在LLC同步整流产品上采用的是双通道同步整流控制器MK1620。
 

 

针对便携式储能应用，茂睿芯推出了高压BUCK同步控制器，单颗IC支持200-300W输出功率，是国内少有能支持6-100V输入的控制器，其不需要进行二级降压，一级降压后便能直接到DC输出端口，大大提高系统效率，非常适合应用于在多串锂电的便携式储能应用场景，并且其支持0.8V-60V宽电压输出，可以满足PD3.1 48V输出应用。
 

 

茂睿芯在PFC上的MK2562系列产品采用乘法器架构，同时加入了THD优化器，大大降低了系统的THD值；其还利用巧妙的高低压设置，保证了高低压的过功率点的一致性；并且针对PFC这种慢环路应用，引入了Pre-OVP响应机制提高了PFC芯片动态响应速度；此外，软启机制能让系统开机的电压应力和噪声得到明显的改善。
 

 

MK2562的软起机制能降低开机应力、噪声。在实际的软起测试波形中，MK2562在开机初始阶段CS电压曲线呈线性上升；而友商的CS会随着线电压快速上升，随后进入间歇工作模式，其会导致两个问题，一是前期电流太大导致功率管电压应力增大；二是进入间歇工作模式会出现明显噪声。
 

 

MK2562的Pre-OVP能优化动态响应。MK2562的负载在动态响应的时候（比如重载——轻载）CS曲线能快速降低，整个系统并没有停止工作，当下次负载加大，可以再次快速拉升CS，满足系统对功率的需求；友商的CS随comp缓慢降低，导致输出功率也较为缓慢，容易触发OVP。
 

 

MK2562引入的THD优化器能很好地降低系统的THD值，无论在220V还是264V都比友商表现更好，特别在高压重载情况下，MK2562的THD比友商竞品低将近10%。
 

 

现在茂睿芯在PFC上推出了4种型号，分别为MK2562，MK2562A，MK2562Q，MK2562G。其中MK2562A是降低了CS_limit，减少了在采样电阻上的损耗；MK2562Q可以采取QR工作模式，进一步提升效率；MK2562G是针对增强型的氮化镓的一款产品，可以做到直驱E-Mode GaN。
 

 

茂睿芯在LLC上首先推出的高性能双通道的LLC同步整流器MK1620，其不到90μA的低待机设计，极大地降低了某些需要做低待机的客户在设计上的难度；并且其DCM的判定能有效防止系统在DCM振铃时候的误导通；同时因为其在启机时候具有钳位电路，可以有效防止启机时候同步整流管的误动作；另外双通道间采用了互锁控制，避免两通道出现直通的情况。
 

 

MK1620可以防止Vg误开通。在短路开机的情况下，MK1620可以有效钳位Vg电平；而友商竞品由于不具备钳位能力，双通道的Vds都上升到1V左右的有效电平，可能引起MOS管的误动作，导致两通道直通或者原副边直通，存在炸机风险。
 

 

MK1620的防止DCM误导通机制能大大提高系统的可靠性。在150W 1A轻载情况下，MK1620呈现经典的两段式驱动波形，在中间DCM振铃的时候没有误动作出现；而友商竞品在中间误开通一次，可能会发生工作切换导致系统出现负电流，引起非常大的电压尖峰从而破坏系统稳定。
 

 

MK1620能通过优化驱动提升系统效率。在满载情况下，MK1620的驱动模型在MOS管导通的时候能快速把Vds拉升到10V，降低MOS管在导通初期的导通内阻；友商的MOS导通初期上升缓慢，导通内阻就会大，损耗也会随之增大。
 

 

在整个功率段上,MK1620的效率都比友商的更高，在满载情况下效率能提升接近0.4%。
 

 

茂睿芯在高压DC-DC上的100V BUCK 控制器 MK9218，能支持6-100V输入，并且可以工作在-50-125℃的温度范围，可以有效应对各种恶劣环境，非常适合应用在多串锂电的便携式储能应用场景。
 

 

除了以上三种芯片，茂睿芯在整个功率段都有完整的解决方案。在ACDC PWM芯片上，有电压型的LLC、PFC芯片，针对宽范围输出的快充应用有110V的CCM+QR控制器，针对固定电压输出的40V CCM+QR控制器，针对氮化镓的110V耐压的高频QR控制器以及一系列集成功率板的控制器（集成MOS的功率达到35W，集成GaN的达到65W）。
 

 

在65W集成方案上，茂睿芯的MK2789/80采用了领先的LD-GaN技术，提升了氮化镓的ESD能力和过载能力，优化了氮化镓在中大功率系统的可靠性；其次MK2789/80采用了低应力的驱动技术，并且沿用了高压VCC的技术；另外MK2789/80分别内置了0.2/0.18Ω，方便客户对不同的效率和温升要求做不同的选择。
 

茂睿芯（深圳）科技有限公司创立于2017年，公司致力于高性能模拟和混合信号集成电路设计、研发、销售与技术服务，总部设在深圳市蛇口前海自贸区，在华北、华东和西北分别设立了研发中心和办事处。公司核心成员都曾有在欧美及国内一流半导体公司长期工作的阅历和经验，在通信、工业以及消费类电源领域业绩卓著，具有良好的市场开拓能力。
 

茂睿芯长期致力于模拟和混合信号集成电路芯片级和系统级解决方案开发，公司主要产品定位于高性能电源管理、汽车电子、功率驱动模块、电机驱动及传感器技术等应用。公司持续大力投入先进产品的研发，每年营业收入的20%以上用于R&D，并与国内著名企业、科研院校展开多个技术项目合作。公司同时与国内外晶圆代工企业展开战略合作，在先进工艺制程上积累大量知识产权，具备快速研发及量产模拟和混合信号集成电路能力。
 

公司依托其在模拟和混合信号半导体领域的技术积累和运营经验，不断创新并推出技术领先的芯片产品系列，致力于成为国际一流的模拟和混合信号集成电路品牌。

编辑：黄飞