纵观 AC-DC 发展史南芯 POWERQUARK ® 系列掀起快充技术变革

来源：BOB.COM    发布时间：2023-11-07 20:39:46

  在日常生活中，我们常见的电子设备（如手机、电脑、游戏机等）均需使用直流电来供电，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就是交流电。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，通过 AC/DC 转换，能够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 转换是指将交流电（Alternating Current，AC）转换为直流电（Direct Current，DC）的过程，这一转换过程常常要使用AC/DC 转换器来实现，也就是我们常说的充电器 / 充电头。

  然而对于目前市面上大多数充电头而言，其 PCBA 上往往存在着多种不同功能的芯片来实现 AC/DC 转换并保证充电过程的安全与稳定，这样的一种情况随之也会带来一系列问题：芯片过多会导致 PCBA 电路板上的结构较为复杂，对于设计、布局等工艺技术要求更高；多芯片的设计也会导致难以将空间压缩，使充电器体积偏大，使用者真实的体验不好；产品故障时排查问题可能会更为复杂；有一定的概率会由于相互影响导致整体性能及效率不能发挥充分，带来的成本问题也不容小觑。

  南芯科技 POWERQUARK 系列的重磅推出，能够完美充电过程中多芯片组合存在的 隐患 ，掀起新的快充技术变革，引领快充新世代。

  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 转换器功率都比较小，都是线性稳压器的直接降压方式。线性稳压器通过消耗多余的电压来实现稳定输出电压。当输入电压高于所需的输出电压时，线性稳压器会将多余的电压以热能形式散发掉，因此也称为 线性 稳压器。这样的一个过程使得输出电压几乎不受输入电压变化的影响，从而提供了稳定的电源。

  这种方式方案功能简单，但功率小、效率低、发热大，不足以满足大功率小体积的需求。尤其在输入电压远高于输出电压的情况下效率会更低。这是由于线性稳压器必须消耗多余的电压来维持输出电压稳定。因此，输入电压与输出电压之间的差异越大，线性稳压器的效率就越低。

  src=目前市面上常见的线性稳压器能够准确的通过其工作原理和应用领域分为几种不一样，有固定正 / 负向稳压器、可调正向稳压器、低压差稳压器等。

  开关电源是一种用于将电能从一个电源转换成另一种电压或电流的电源供应方式。其工作原理是通过高频开关器件（通常是晶体管或功率 MOSFET）来周期性地切换输入电源电压，然后通过电感、电容等元件来稳压、滤波和调整输出电压。

  开关电源通常比线性稳压器更高效，其能够在输入和输出之间快速切换，减少了能量损失，并由于高频开关和数字控制，开关电源通常比线性稳压器更加轻便、小巧。

  src=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，在一些对可靠性要求高的工业类、航空类产品中方案至今仍然被采用。

  2000 年后，QR 准谐振反激技术成熟，超节高压 MOS替代传统高压 MOS。

  QR 准谐振反激技术是一种在电源电路中大范围的应用的拓扑结构，可用于实现高效率的电能转换。该技术基于准谐振操作，意味着开关管（通常是 MOSFET）在开启时，开关管会在谐振谷底开通进而达到近似零电压开通，大大减小了开关管的开启损耗，来提升了电源的效率。同时电源的频率能根据负载需求进行调整，以提高轻载效率。

  由于谐振操作和较低的能量损耗，QR 技术通常比传统开关电源更高效。这在某种程度上预示着更少的电能转化为热量，因此电源更为节能。同时 QR 技术在开启时电压变化相对平滑，减少了电源产生的高频噪声，降低了电磁干扰，有助于满足电磁兼容性要求。

  src=降低开关损耗，提高效率，慢慢的变成为小功率 AC-DC 的主流控制方案； 在中大功率市场， 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。在该阶段，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、功率密度均有大幅提升。

  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。

  src=功率密度的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典型代表，它可在更高的频率下运行，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。但氮化镓器件同时也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。

  南芯科技作为氮化镓快充控制器国产化先驱，专对于氮化镓器件所优化的独有差分驱动技术，通过适配驱动电压可对氮化镓器件直接进行驱动，并且将氮化镓功率器件、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。同时在中大功率市场，能耗需求也逐步提升，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，应对大功率应用。

  根据阿谱尔 ( APO ) 的统计及预测，全球 AC-DC 芯片市场在 2022 年达到 311.84 亿美元，预计到 2029 年将达到 637.49 亿美元，在 2023-2029 年的预测期内，年复合增长率为 8.94%。在全球强调能源效率和减少碳排放的大环境下，AC-DC 芯片在节能电源中至关重要。提高效率，减少转换过程中的功率损失成为转换器市场的首要追求。（数据来自：阿谱尔 ( APO ) ）

  南芯科技 AC-DC 系列旨在为快充、适配器和无线充电解决方案提供高性能的整套解决方案。

  src=南芯科技产品线涵盖：高集成度 PFC 控制器、多模态 Flyback 控制器、GaN 直驱高频 QR 系列、支持多种工作模式的同步整流控制器协议 IC 以及锂电保护芯片等，产品覆盖 10W、18W、33W-55W、66W、120W 等多个功率等级。此外，还支持多种保护机制，如过充保护、过放保护、短路保护等，确保锂电池快充的安全可靠。

  src=南芯 AC-DC 系列推出多款不同系列芯片以应对不同的应用场景与使用需求，并随市场变化不断的快速迭代升级，目前其产品线已有 PFC 控制器、SSR 系列、SR 系列、PD 协议 IC 等，可为用户更好的提供完善的、高效的整套解决方案。

  src=值得一提的是：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，并成为国内首家量产 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，再次奠定了南芯在 AC-DC 市场的龙头地位。

  南芯科技 2023 年重磅推出国内首家原副边全集成方案 POWERQUARK 系列，并在充电头网举办的 2023（秋季）亚洲充电展上展示了该系列控制器及相关数据。

  src=南芯 POWERQUARK系列芯片是基于次级控制的软开关技术解决方案，该系列整合南芯自研全集成封装技术、次级控制软开关技术、次级控制主动主动式同步整流技术、高速隔离数字通讯技术及多标准快充协议兼容技术五大技术于一体，并成功将原边控制器 + 高压 GaN + 隔离通讯 + 次级 SR 控制器 + 协议等五种功能集于一身，在大幅度减少体积的同时带来超越 95% 的转换效率和更高的可靠性。

  src=南芯 POWERQUARK 系列全集成芯片采用南芯自研 SSOP38 增强散热全集成封装，内置高速隔离数字通讯技术，集成次级控制软开关技术和次级控制主动式同步整流技术，效率可超越 95%，并兼容多标准快充协议。一颗芯片就可以实现传统充电器中原边控制器 +GaN 器件 + 隔离光耦 + 同步整流控制器和协议芯片五种独立功能。

  src=POWERQUARK 系列在兼顾安全性与性价比的前提下具备更低的系统成本与能轻松实现更加极致的功率密度，并且整体的性能更的优秀。整体的电路结构非常的精简，通过一颗芯片与一个同步整流开关管就能解决所有的问题。

  南芯科技为了简化用户设计，推出了一款标准化的 65W 参考设计：其功率密度达到了 2.23W/cm3/PCBA，最高可达 65W 的充电功率，并支持市面主流快充协议，在 EMI 合规的前提下，230V 下 20V 输出时实现了 95.1% 的效率，而在 264V 下仍就保持了 94.99% 的效率。

  src=南芯 POWERQUARK 系列在转换效率，待机功耗和兼容性等方面都有很不错的表现；在集成度，可靠性，协议支持等多个角度均优势显著，遥遥领先于同种类型的产品。这一系列芯片的推出将不仅减少厂商的成本，也提高了消费者的使用体验，卓越的性能和可靠的解决方案也将为快充领域带来了全新的进步。

  南芯科技可提供从 AC 到电池的端到端有线、无线完整快充解决方案，产品覆盖 10W 到 300W 功率等级范围。电荷泵和升降压开关充电系列快充产品打破国外垄断，通过了国内外多个知名品牌智能手机、平板电脑等厂家认证并已实现大规模量产；DCDC、有线充电、无线充电及嵌入式协议类产品在消费、泛工业等市场被广泛采用；并且，多类产品已通过 AEC-Q100 车规质量认证，可提供完整的车载无线、有线充电方案，于多款车型中实现前装量产。

  南芯拥有强大的研发及系统团队、独立的品质管控团队以及贴近客户的销售和支持团队，为高质量的产品研究开发设计保驾护航。南芯科技得到了上下游产业链与资本的广泛认可与支持，获得了上海集成电路产业基金、中芯聚源、红杉资本、OPPO、vivo、小米等的资本加持，助力公司持续、快速成长。南芯产品已在荣耀、OPPO、vivo、小米、联想、三星、Anker、紫米等产品中频频亮相，在多款汽车品牌前装产品顺利量产，证明了其产品在性能、品质和成本等方面的诸多优势。

  由于卓越的产品性能、高品质和竞争性成本，南芯科技在行业中具有较大优势，而随着快充需求的一直增长和汽车行业对快充技术的应用，南芯科技在快充技术领域前景广阔，预计将持续取得稳健增长。

  4、重磅新品丨南芯科技 POWERQUARK 系列快充方案，整合 5 大技术，实现 5 种功能，超越 95% 效率