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前言
蘋果在前不久的新品發(fā)布會上推出了M1 Pro和M1 Max處理器MacBook Pro之外，更讓電源行業(yè)從業(yè)人員感到驚喜的是，蘋果為16英寸的MacBook Pro標配了一款140W USB-C充電器。
對于消費類電源而言，蘋果140W USB-C充電器可謂是大有來頭，不僅是全球首款USB PD3.1快充標準的電源，而且也是蘋果入局氮化鎵快充市場的首秀作品。更值得一提的是，通過充電頭網(wǎng)拆解發(fā)現(xiàn) ，這款電源還采用了全新的PFC+LLC電源架構(gòu) ，這也成為了蘋果旗下首款基于LLC架構(gòu)開發(fā)的電源配件，對推動大功率快充的普及有著重要意義。
在今年早些時候，充電頭網(wǎng)就預(yù)測LLC架構(gòu)將在2021年全面普及，如今蘋果基于LLC架構(gòu)推出140W USB-C充電器，也證實了之前的預(yù)言。
什么是LLC架構(gòu)
LLC架構(gòu)屬于雙管半橋諧振，采用諧振電感、勵磁電感和諧振電容串聯(lián) ，故名LLC 。采用零電壓開關(guān)（ZVS）軟開關(guān)技術(shù) ，具有工作頻率高、損耗小、效率高、體積小的優(yōu)點，可提高充電器功率密度。
LLC架構(gòu)諧振操作可實現(xiàn)全負載范圍的軟開關(guān) ，減小開關(guān)損耗，從而成為高頻和高功率密度設(shè)計的理想選擇，適合固定電壓輸出， EMI特性更好。尤其是應(yīng)用在多口輸出的大功率快充電源產(chǎn)品中， LLC架構(gòu)輸出固定電壓+二次降壓實現(xiàn)多口PD快充的方式，具有效率高，功率大的特點。
值得一提的是， LLC架構(gòu)如果配合GaN開關(guān)元件，還能夠有效降低驅(qū)動開銷，減小導(dǎo)通損耗與關(guān)斷損耗，提升效率與工作頻率，進一步提升充電器功率密度。
不過需要注意的是， LLC架構(gòu)雖然有著頻率高、損耗小、功率密度高的優(yōu)點，但是其要求輸入輸出變化范圍不大，這原本制約了在PD快充充電器上的應(yīng)用。
而隨著國內(nèi)3C認證的要求，百瓦輸出的PD充電器需要內(nèi)置PFC功率因數(shù)校正電路以降低對外界的干擾，通過內(nèi)置體積較小的APFC進行輸入升壓及功率因數(shù)校正，起到了在不同輸入電壓環(huán)境下穩(wěn)定初級電壓的作用，也加速了LLC架構(gòu)在大功率PD快充充電器中的普及。
對于LLC架構(gòu)中的黃金搭檔， PFC電路顯得十分重要，而碳化硅二極管的普及，也讓大功率快充實現(xiàn)了更高的效率和更小的產(chǎn)品體積，功率密度顯著提高。
蘋果140W快充架構(gòu)解析
目前國內(nèi)市面上常見的百瓦級電源大部分都是基于PFC+LLC架構(gòu)開發(fā) 。不過由于常規(guī)的PFC+LLC架構(gòu)只能輸出固定電壓。所以基于這種架構(gòu)的大功率電源，要么是固定電壓采用DC接口輸出，要么只能借助DC-DC降壓電路實現(xiàn)USB PD快充標準中的寬電壓范圍輸出。基于LLC架構(gòu)實現(xiàn)單USB-C口寬電壓輸出電源非常少見，蘋果140W USB-C充電器應(yīng)該算得上是首款。
充電頭網(wǎng)通過拆解了解到，蘋果140W氮化鎵充電器內(nèi)部采用PFC+同步降壓+LLC開關(guān)電源架構(gòu)設(shè)計。由于采用了很多定制料號，小編根據(jù)經(jīng)驗推測，這款充電器為LLC固定變比，通過同步降壓調(diào)節(jié)輸出電壓，從而滿足了USB PD3.1快充標準中5V-28V的寬電壓輸出。
蘋果140W USB-C充電器采用的這種全新架構(gòu) ，打開了LLC架構(gòu)在百瓦單口PD快充電源產(chǎn)品中應(yīng)用的新局面。相信在蘋果的引領(lǐng)下，越來越多筆電廠商將基于高性能LLC架構(gòu) ，推出符合USB PD3.1快充標準的電源產(chǎn)品。
主流LLC控制器品牌
對于大功率電源而言， LLC架構(gòu)是未來。而蘋果140W USB-C充電器的推出，也為單口大功率PD快充的設(shè)計提供新的解決方案，同時帶動LLC電源架構(gòu)的普及。
LLC架構(gòu)大規(guī)模商用，與LLC控制器的發(fā)展密不可分。不過由于早期在消費類電源領(lǐng)域應(yīng)用較少，所以布局LLC控制器廠商并不多，尤其是在國內(nèi) ，芯片研發(fā)起步較晚， LLC控制器市場幾乎是一片空白。
充電頭網(wǎng)通過對100多款氮化鎵快充案例的拆解發(fā)現(xiàn) ，在百瓦大功率快充產(chǎn)品中，目前已有MPS、安森美、NXP等品牌LLC控制器得到廣泛應(yīng)用，與此同時，英飛凌、TI、ST、通嘉等老牌廠商在LLC控制器方面也有布局。
LLC控制器可以分為兩種類型，一種是單一功能的控制器，另一種是將PFC升壓控制器和LLC控制器集成到一顆芯片中，這種二合一芯片可以起到簡化電路設(shè)計并實現(xiàn)更高的效率的作用，同時也符合充電器高集成度的要求，是將來的發(fā)展趨勢。
以下為大家整理了一批市售熱門LLC控制器以及應(yīng)用案例解析，排名不分先后，僅按品牌英文首字母排序。
infineon英飛凌
1、英飛凌IDP2308
英飛凌IDP2308 是一個數(shù)字多模式 PFC 和 LLC 控制器，集成了浮動高側(cè)驅(qū)動器和啟動單元。數(shù)字引擎為多模式操作提供高級算法，以支持整個負載范圍內(nèi)的最高效率，實現(xiàn)了全面且可配置的保護功能。DSO-14 封裝僅需要最少的外部組件。集成的高壓啟動單元和先進的突發(fā)模式可實現(xiàn)低待機功率。此外，集成了一個一次編程（OTP）單元，以提供一組廣泛的可配置參數(shù) ，有助于簡化相位設(shè)計。
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英飛凌IDP2308支持同步PFC和LLC突發(fā)模式控制， PFC驅(qū)動器可配置并支持多模式，優(yōu)化效率。可配置非線性LLC VCO曲線，軟啟動可配置，支持交流電壓感應(yīng)和X電容放電，最高支持300kHz工作頻率。可以充分利用GaN器件的高頻優(yōu)勢，低Qg、低Coss和低導(dǎo)通阻抗，實現(xiàn)效率和功率密度的提高，性能明顯優(yōu)于LLC+傳統(tǒng)MOS的搭配。IDP2308支持可配置的保護功能，外圍元件極簡。
Leadtrend通嘉科技
1、通嘉科技LD7781
通嘉LD7781是一顆雙輸出半橋LLC準諧振控制器，內(nèi)置高壓啟動電路用于快速啟動，內(nèi)部集成600V柵極驅(qū)動，簡化外部電路。雙反饋系統(tǒng)用于控制雙輸出LLC系統(tǒng) 。特別設(shè)計的通信接口設(shè)計用于與通嘉LD7681等PFC芯片通信，支持突發(fā)模式用于輕載節(jié)能。
MPS芯源半導(dǎo)體
1、MPS HR1211
MPS HR1211將PFC控制器和LLC控制器整合到一個封裝里面，其數(shù)字內(nèi)核并可根據(jù)負載情況進行聯(lián)動控制，獲得更高的輕載效率。
重負載下， CCM模式可降低MOS管的峰值電流；輕負載下， DCM模式可降低開關(guān)頻率從而提高效率。數(shù)字編程的Burst模式，可提升輕載效率和降低音頻可聞噪聲。HR1211采用電流模式控制的LLC級，可實現(xiàn)高穩(wěn)定性和快速響應(yīng) 。根據(jù)不同的負載條件，芯片在連續(xù) ，跳周期和Burst模式運行。可在不同的負載條件下獨立優(yōu)化效率。
HR1211采用數(shù)字控制內(nèi)核，芯片內(nèi)置多個獨立的ADC用于檢測輸入電壓， PFC輸出電壓， LLC反饋電壓和PFC峰值開關(guān)電流。檢測數(shù)值送到HR1211內(nèi)置的數(shù)字控制內(nèi)核進行比較，配合芯片內(nèi)專有的數(shù)字算法，進行實時反饋控制。HR1211支持多種完善的保護措施，如熱關(guān)斷、PFC開環(huán)保護、過壓保護、過流限制和過流保護、超功率保護等多重保護。值得一提的是， HR1211空載待機功耗＜100mW 。
同時HR1211支持高壓啟動，智能X電容放電。PFC級工作頻率最高250kHz ，支持可編程的抖頻，可編程的軟啟動和Burst ，可編程的AC欠壓保護，逐周期電流限制和其他保護功能。
電流模式的LLC控制器具有600V半橋驅(qū)動器，內(nèi)部集成自舉二極管，高達500kHz工作頻率，自適應(yīng)死區(qū)時間調(diào)整，具有可編程的跳周期和Burst頻率，軟啟動可編程，可編程的直流輸入欠壓保護，容性保護，保護鎖定或自恢復(fù) 。
NXP恩智浦
1、恩智浦TEA1716T
NXP恩智浦TEA1716T ，是一款具有集成間歇頻率工作模式、符合EuP lot 6的半橋諧振LLC+升壓PFC組合控制器，適用于液晶電視、筆記本適配器、臺式機及一體機電源。
應(yīng)用案例：
（1）拆解報告：航嘉180W ATX12V only PC電源
2、恩智浦TEA19161
恩智浦TEA19161CT為單獨的LLC控制器，搭配TEA19162組成帶APFC的LLC開關(guān)電源組合，用于提高電源轉(zhuǎn)換效率。
3、恩智浦TEA2016AAT
NXP TEA2016AAT芯片內(nèi)部集成高壓啟動，內(nèi)部集成LLC和PFC控制器以及對應(yīng)的驅(qū)動器。TEA2016AAT集成X電容放電，正常輸出信號指示。芯片采用谷底/零電壓開關(guān)以減小開關(guān)損耗，全負載范圍內(nèi)都保持高轉(zhuǎn)換效率，并且符合最新的節(jié)能標準，空載輸入功率＜75mW 。同時TEA2016AAT還具有完整全面的保護功能，包括電源欠壓保護，過功率保護，內(nèi)部和外部過熱保護，精確的過壓保護，過流保護和浪涌保護等保護功能。
TEA2016AAT 是一款面向高效諧振電源的數(shù)字可配置LLC和PFC組合控制器。同時集成了 LLC 控制器功能以及 DCM 和 QR 模式下工作的PFC控制器。借助TEA2016AAT可以構(gòu)建出完整的諧振電源，不僅設(shè)計簡單，所需組件數(shù)也很少。TEA2016AAT采用薄型窄體 SO16 封裝。
TEA2016AAT采用數(shù)字架構(gòu) ，基于高速數(shù)字內(nèi)核控制器，在開發(fā)過程中可調(diào)節(jié)LLC和PFC控制器的工作和保護設(shè)置，并根據(jù)設(shè)置值運行，為獲得高度可靠的實時性能提供了保障。
TEA2016AAT/TEA1995T的組合讓我們能夠輕松地設(shè)計高效可靠的電源，這些電源提供90W至500W的功率，而且外部元器件數(shù)非常少。該系統(tǒng)提供非常低的空載輸入功率（ 75 mW ；整個系統(tǒng)包括 TEA2016AAT/TEA1995T 組合），在最低到最高的負載下均保持高效率。該電源符合能源之星、美國能源部、歐盟生態(tài)設(shè)計指令、歐盟行為準則的能效法規(guī) ，且滿足其他一些準則。因此，可以省略任何輔助低功率電源。
ON安森美
1、安森美NCP13992
安森美NCP13992采用SO-16無鉛封裝，是一款用于半橋諧振轉(zhuǎn)換器的高性能電流模式控制器。此控制器內(nèi)置600V門極驅(qū)動器，簡化布局，減少了外部部件數(shù)量。在需要PFC前級的應(yīng)用中， NCP13992可輸出驅(qū)動信號控制PFC控制器，此功能結(jié)合專門的無噪聲跳過模式技術(shù)進一步提高了整個應(yīng)用的輕負載能效。
安森美NCP13992提供了一套保護功能，可實現(xiàn)在任何應(yīng)用中的安全運行。其中包括：過載保護、防止硬開關(guān)周期的過電流保護、欠電壓檢測、開路光耦合器檢測、自動停滯時間調(diào)節(jié)、過電壓 (OVP) 和高溫 (OTP) 保護。可用于筆記本適配器，液晶電視，大功率適配器，電腦電源，工業(yè)及醫(yī)療應(yīng)用和照明應(yīng)用。
ST意法半導(dǎo)體
1、意法L6599A
意法半導(dǎo)體L6599A是一顆改進的高壓LLC控制器，內(nèi)置高精度振蕩器，工作頻率可達500KHz ，內(nèi)置PFC控制器接口，支持兩級過流保護，輕載下進入突發(fā)模式以降低功耗。
2、意法L6699
意法半導(dǎo)體L6699是一顆增強的高壓LLC控制器，支持自適應(yīng)死區(qū)時間調(diào)節(jié) ，具有PFC控制器輸出，輕載下進入突發(fā)模式以降低功耗。內(nèi)置抗容性模式保護，內(nèi)置高精度振蕩器，內(nèi)部集成自舉二極管。
3、意法STCMB1
意法半導(dǎo)體 STCMB1是一顆內(nèi)置臨界模式PFC控制器的LLC combo控制器，內(nèi)置高壓啟動并集成輸入電壓采樣，內(nèi)置主動X電容放電， PFC控制器采用增強型恒定導(dǎo)通時間控制，內(nèi)置完善的保護功能。LLC控制器支持750KHz工作頻率，支持自動調(diào)節(jié)死區(qū)時間。突發(fā)模式可與PFC級同步，提升輕載效率。
4、意法STNRG011
意法STNRG011是一顆數(shù)字內(nèi)核控制的多模式PFC+LLC二合一控制器，芯片內(nèi)置800V高壓啟動，支持X電容放電。內(nèi)置增強的固定導(dǎo)通時間臨界PFC控制器，支持電壓前饋，優(yōu)化諧波與頻率限制，并具有完整的PFC保護功能。LLC級具有完整的半橋保護，和增強的輕載突發(fā)模式。
TI德州儀器
1、TI UCC256301
UCC256301是一款具有集成高電壓柵極驅(qū)動器的全功能LLC控制器。此產(chǎn)品的設(shè)計目標是與PFC級配對使用，以憑借最少的外部組件提供完整的電源系統(tǒng) 。根據(jù)設(shè)計，所產(chǎn)生的電源系統(tǒng)無需單獨的待機功率轉(zhuǎn)換器即可滿足最嚴格的待機功率要求，能使PFC級始終運行。
UCC256301有一系列特性旨在使LLC轉(zhuǎn)換器的運行得到良好控制并提高其可靠性。此器件的目標是減輕LLC設(shè)計人員的負擔(dān) ，并使目前的主流應(yīng)用受益于LLC拓撲的效率優(yōu)勢。
UCC256301使用混合遲滯控制來提供同類產(chǎn)品中最佳的輸入電壓和負載瞬態(tài)響應(yīng) 。在一個周期內(nèi) ，所需的控制力度大致與平均輸入電流成正比。該控制使開環(huán)傳遞函數(shù)成為一階系統(tǒng) ，因此很容易進行補償。系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定，具有適當?shù)念l率補償。
WINSEMI穩(wěn)先微
1、穩(wěn)先微WS2695
穩(wěn)先微WS2595是一顆數(shù)模混合的電流型多模式LLC控制器，芯片內(nèi)置高壓啟動和X電容放電功能，內(nèi)置高性能數(shù)模混合控制，保護和控制參數(shù)可通過寄存器靈活配置，最高工作頻率1MHz 。
2、穩(wěn)先微WS2696
穩(wěn)先微WS2696是一顆數(shù)模混合的電流型多模式LLC控制器，內(nèi)置的高性能多模式控制，可以獨立配置各個模式的工作狀態(tài) ，實現(xiàn)全負載范圍的效率優(yōu)化。內(nèi)置自適應(yīng)死區(qū)控制功能可降低死區(qū)損耗，可通過寄存器配置控制及保護參數(shù) 。
3、穩(wěn)先微WS2699
穩(wěn)先微WS2699 LLC控制器采用數(shù)模混合電流型多模式控制，先進的多模式控制，配合自適應(yīng)死區(qū)控制，可實現(xiàn)全負載范圍的效率優(yōu)化。保護參數(shù)和控制參數(shù)可由寄存器配置，簡化電路設(shè)計。
充電頭網(wǎng)總結(jié)
雖然在手機充電方面，蘋果一直屬于保守派，但是反觀筆電市場，蘋果的做法可謂是大刀闊斧。早在2015年，蘋果就先于USB-IF協(xié)會標準發(fā)布了29W PD快充，從此一路高歌猛進，引領(lǐng)市場潮流。
對于協(xié)會最新發(fā)布的USB PD3.1快充標準，蘋果再次成為了第一個吃螃蟹的人，所以140W USB-C充電器的上市，已經(jīng)不僅僅只是一款新品的落地，更標志著一個快充新時代的來臨。
基于全新的LLC架構(gòu) ，蘋果140W充電器實現(xiàn)了單口5V-28V寬電壓范圍輸出，既保留了LLC架構(gòu)高性能的優(yōu)勢，又滿足了USB PD3.1快充標準需求，成為了其他筆電廠商開發(fā)USB PD3.1快充電源的參考范例。
隨著技術(shù)的發(fā)展， USB PD3.1快充產(chǎn)業(yè)鏈會變得越來越成熟，大功率PD快充市場的發(fā)展也將催生更多高性能電源架構(gòu)的應(yīng)用需求，而LLC控制器也將借此契機，迎來發(fā)展的黃金期。

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