專為儲能GaN設計的高頻QR控制器

電子發燒友網報道（文/黃山明）所謂高頻QR控制器是一種功率轉換器控制技術，它通過快速切換（高頻）和準諧振（QR）模式來優化能量轉換效率。這種控制器在開關電源設計中，尤其是采用GaN器件的Flyback（反激式）拓撲結構中起到關鍵作用。

而GaN材料因其高擊穿電壓、低導通電阻、高速開關和高溫穩定性的特點，在電源轉換領域得到了廣泛應用，特別是在需要高頻和高效率的快速充電器、適配器和其他電源產品中。

高頻QR控制器的主要特點是能夠在高頻下工作（例如25kHz至500kHz），并在QR模式下實現谷底開通（valley switching），即當變壓器漏感產生的電壓振蕩處于谷底時開啟開關器件，從而顯著降低開關損耗。

在儲能系統中，無論是電池充放電過程還是將電池電量轉換為不同電壓等級供負載使用，都需要經過DC/DC轉換器。采用支持GaN的高頻QR控制器可以大幅提高轉換效率，因為GaN器件本身具有更低的導通電阻和更快的開關速度，結合QR技術能在較低的開關損耗下工作，從而減少能量損失。

此外，高頻工作和GaN器件的高效特性允許設計更小體積和重量的逆變器和充電器，這對于儲能系統至關重要，尤其是在空間有限或者需要便攜式儲能解決方案的應用場景。高頻QR控制器配合GaN功率器件也能夠提供快速的動態響應，這讓儲能系統在應對復雜電網條件、快速負載變化或者電力質量調節等情景時具有優勢。

同時，高頻QR控制器還能幫助儲能系統實現更寬負載范圍、更高功率密度以及延長壽命的目的，極大地增強儲能系統的整體性能，有利于推動儲能技術在家庭儲能、電動汽車充電、可再生能源接入等領域的應用和發展。

市場中支持GaN的高頻QR控制器方案

在現代電子設備中，尤其是那些對效率和體積有嚴格要求的設備，如筆記本電腦、智能手機充電器、電動汽車等，GaN技術的應用越來越廣泛。高頻QR控制器通過與GaN技術的結合，能夠進一步提升這些設備的性能，實現更高的能源轉換效率和更小的體積。

當前市場中也有不少針對GaN技術的優勢進行優化，以充分利用GaN器件的高速開關特性和提高整體電源轉換效率的QR系列產品。

如安森美NCP1342是一款適用于QR反激架構的氮化鎵控制器，具有高頻初級PWM控制功能，內置主動X2電容放電和多重完善的保護功能。該控制器能夠提供高效率的電源轉換，同時保持系統的穩定性和可靠性。

芯茂微LP88GXX系列是內置GaN的高頻QR功率芯片，具有HV腳位高壓啟動功能，內置X電容放電功能，有效抑制電磁干擾，提高系統的抗干擾能力。LP88GXX系列采用多模式恒壓控制方式，能夠根據負載變化自動調整工作模式，從重載到輕載，提高系統效率。此外，該系列芯片具有多重保護功能，如過流限制保護、過壓保護等，確保設備安全穩定運行。

杰華特JW1550則是一款有源鉗位反激控制器，支持ZVS開通，提高效率，并具備抖頻功能改善EMI性能。JW1550采用負電壓采樣技術，減小驅動回路滿足高頻應用的需求，同時具備高壓啟動、X電容放電等特性，簡化了電源系統設計。

必易的KP2202是一款高性能GaN快充控制器，內置高壓啟動功能，并集成了AC輸入掉電檢測與X電容放電功能。這款芯片具有超低啟動/工作電流，待機功耗小于30mW，支持低谷鎖定模式，最高工作頻率分500kHz、300kHz、140kHz三檔可調，通過峰值電流抖動實現抖頻功能。

南芯的SC3021A支持高達170KHz的工作頻率，適用于繞線式變壓器，并集成了高壓啟動及交流輸入BrownIn/Out功能。這款芯片采用專有的GaN直驅設計，省去外置驅動器或分立驅動器件，簡化了電源系統設計，同時具有高性價比和高功率密度。

這些高頻QR控制器通過與GaN器件的結合，能夠實現更快的充電速度、更小的尺寸以及更高的能效，非常適合用于USB PD快充、適配器和其他需要高效率和緊湊設計的電源應用場景。

小結

支持GaN應用的高頻QR控制器能夠幫助儲能系統提高能量轉換效率，減小系統體積，降低成本，保證系統安全運行，并能夠快速響應負載需求，是現代高效能儲能系統中不可或缺的關鍵技術之一。