電子發燒友網報道（文/李誠）近年來手機產業發展得如此迅速，隨著手機功能的增加，系統功耗也會有所提升，市場對大功率的充電器需求也愈發強烈。如果繼續使用傳統的電源架構提升充電功率，那么就會遇到充電器體積增加的問題。充電器體積增加對于此類便攜式產品來說，并不是一個值得長期發展的方向。

那如何才能夠在體積變化不大的情況下提升充電功率呢？可以通過降低開關損耗、提高封裝熱性能、采用新型的電源架構的方式提升充電器的功率密度。接下來我們來聊一聊關于快充電源架構的那些事。

快充電源架構分類

目前，在手機快充適配器中使用較多的電源架構主要有QR和ACF。去年7月，有相關媒體對131款氮化鎵快充進行拆解后發現，QR電源架構的使用頻率最高，占比達到了87%，ACF電源架構占比為5%。

QR電源架構解析

QR與ACF同屬于反激式開關電路，其不同之處在于鉗位電路的不同。QR為準諧振反激電路，其具有結構簡單、容易控制、成本低等優點，但在提高功率密度方面并不是很突出，多在20W至65W的電源架構中使用。其中，安森美的NCP1342是一款極具代表性的QR架構芯片。

QR電路拓撲 圖源：氮化鎵系統

QR準諧振反激電路中的準諧振指是，電路能夠達到諧振所需的基本條件，但是又與諧振所需的條件不完全一致的一種諧振方式。QR電路主要是通過在電路中加入電感或電容，吸收開關電路所產生的開關噪音，使得開關兩端的電壓、電流呈正弦波規律性的變化，同時還能使得功率開關管在零電壓或零電流的情況下完成開關轉換，進而將開關損耗降至最低，實現高效地傳輸。

上圖中變壓器旁的RCD電路主要起到鉗位限制作用，避免以電流、電壓應力過大或變壓器的尖峰造成開關管的擊穿。當開關管的VDS大于VIN時，吸收電路中的二極管會導通，此時變壓器的寄生漏感，就會通過吸收電路中的電阻進行釋放，同時也會為電容進行充電，電容所吸收到的電能最終也會通過電阻以熱量的方式釋放。因此快充設備在使用QR拓撲時首先要考慮好散熱的問題。

能量以熱的方式消散，也是意味著能量損耗的增加，系統效率的降低，那么這里的損耗是否可以避免，該怎么做呢？為解決這一問題就有了接下來要介紹的ACF電源架構。

ACF電源架構解析

ACF全稱為有源鉗位電路，為盡可能地避免與QR架構一樣，能量以熱的方式損耗，ACF將鉗位電路的電阻和二極管替換成MOSFET，同時還將鉗位電路中電容所吸收到的尖峰能量，反饋到輸入端（相當于能量回收），進而提升系統的高效性。

ACF電路拓撲

ACF是一項新的電源技術，也可以算是QR的進階架構，繼承了QR結構簡單、設計成本低等諸多優點，同時，通過功率管軟開關的方式，極大地降低了功率器件的開關損耗，提升系統的轉換效率，并且該電源架構還能夠支持更高的開關頻率，高效的氮化鎵功率器件，也能在這一的電源架構中得到充分的發揮，有利于終端應用的小型化和提升功率密度。在電路設計過程中，鉗位電路的電容可以適當的增大，電容的增大有利于減小VDS的尖峰。但這一操作在QR架構中并不適用，增大QR的鉗位電路電容會導致功耗的增加。

ACF的幾種工作模式 圖源：PI

在實際應用中，ACF共有4種工作模式，當主電路的MOSFET導通，鉗位電路的MOSFET關斷時，初級側的電感和漏感將會儲存能量；當主電路和鉗位電路的MOSFET同時關斷時，VDS的電壓會隨之升高，當VDS=VIN+VOR時，漏感內的能量將會被鉗位電路的電容吸收；當主電路的MOSFET關斷，鉗位電路的MOSFET導通時，鉗位電容內所儲存的能量會與漏感進行振蕩，并輸入次級端，以此完成能量的回收。還有另外一種情況，當主電路和鉗位電路的MOSFET同時關斷時，主電路MOSFET的VDS會持續地降低，當VDS降至0或趨近于0時，主電路的MOSFET會自動導通，實現零電壓啟動的效果。

談到ACF架構，必須提到的一點是ACF電源架構對控制器有著極高的要求，高性能的控制器芯片才能充分地展現出ACF的性能。在主控芯片代表方面有Semiconductor集成度較高的SZ1130，以及TI經過迭代優化的UCC28782。

結語

從電路拓撲來看，QR和ACF的差別并不大，而且QR更具成本優勢，但從系統轉換效率以及整體性能來看，ACF不僅可以實現初級側主開關管的零電壓啟動，還能把QR以熱量釋放的電能回收，將系統效率最大化。對控制設計成本有所限制的可以選擇QR，追求高轉換效率、高功率密度的可以選擇ACF。