在中高功率 AC-DC 电源中,碳化硅器件凭借高耐压、高开关速度等特性,为提升转换效率和功率密度提供了新的选择。与此同时,将控制器与功率器件进一步集成,也有助于减少外围器件,降低方案设计复杂度。
充电头网拿到一款由菱奇半导体提供的反激电源方案。方案整体采用隔离反激架构,核心使用菱奇半导体 LZC9538AS 集成碳化硅恒压控制器,将控制器与高压 SiC MOSFET 集成在一颗芯片内部,适用于 65-100W 级 AC-DC 电源。
菱奇半导体合封 SiC 反激电源方案外观
方案 PCB 采用长条形设计,正面以插件器件为主,从左至右依次为交流输入及 EMI 滤波、整流滤波、反激变换以及次级整流滤波电路,整体布局比较规整。
实测该方案长度约为 107.25mm。
宽度约为 45.88mm。
厚度约为 23.33mm。
方案拿在手上大小一览。
重量约为 101.9g。
接下来充电头网对这款方案进行详细解析,看看这款方案的优势。
从正面看,交流输入位于 PCB 左侧,左上角首先设置保险丝,用于输入过流保护。旁边蓝色圆片器件为压敏电阻,用于吸收输入端浪涌电压。
继续向右可以看到安规 X2 电容以及共模电感,组成输入 EMI 滤波电路,用于抑制电源工作产生的共模及差模干扰。
共模电感下方设置整流桥,交流输入经过 EMI 滤波后由整流桥转换为脉动直流电。
PCB 中部设置一颗大容量高压电解电容,用于整流后的高压滤波及储能。高压电解电容右上方还设有一颗小型电解电容,为控制及辅助供电电路使用。
PCB 中部偏右为主变压器,承担初次级隔离和能量传输。从整体布局来看,高压滤波电容、变压器以及主控功率回路之间距离较短,有利于缩小高频功率回路面积。
可以发现的是,在 PCB 正面并没有看到传统反激方案中常见的独立高压开关 MOS 管,这是因为方案使用的 LZC9538AS 已经将 SiC 功率 MOS 集成到控制器内部,从而省去了外置主功率管,后面也会详细介绍一下。
变压器右侧进入次级输出部分。
右上角设有次级整流二极管;其下方设置两颗电解电容进行输出滤波。PCB 右下角还设置了一颗环形滤波电感,与输出电容共同进一步降低输出纹波。PCB 最右侧则为直流输出端。
相比正面,PCB 背面主要布置主控、反馈、检测以及保护相关的小型贴片器件。
其中 PCB 中部偏右的芯片即为菱奇半导体 LZC9538AS,芯片紧靠原边功率回路布置。芯片附近设有多颗并联电阻,用于原边电流检测,同时周围配置有电容、二极管以及电阻网络,完成 CS 采样、ZCD 检测以及吸收等功能。
LZC9538AS 所在区域采用较大面积铜箔进行连接,一方面满足内部 SiC 功率管的高压、大电流连接需求,同时也有利于芯片工作时的热量扩散。
PCB 左上角设有光耦,用于完成初次级隔离反馈。光耦周围分布有反馈及补偿相关阻容器件,配合次级电压采样电路实现输出恒压控制。
这款方案的核心器件就是菱奇半导体 LZC9538AS 这款芯片了。
在整套反激电源中,LZC9538AS 主要负责原边开关控制与功率转换,芯片内部直接集成 SiC 功率 MOSFET,通过 DRAIN 引脚接入原边高压功率回路,并结合 CS 电流检测、ZCD 退磁及输入电压检测、FB 反馈等信号,完成主开关管驱动、输出恒压调节以及工作状态切换。
也就是说,这颗芯片同时承担了传统方案中反激主控 + 高压功率 MOSFET 的核心功能,因此在这块方案板正面并没有再配置独立的原边高压开关管。
LZC9538AS 属于 LZC95XXAS 系列集成 SiC 恒压控制器,面向 AC-DC 反激应用,内部集成 800V、380m Ω SiC MOSFET。控制器与功率管合封,可省去外置高压开关管及相关驱动电路,进一步精简外围器件和 PCB 布局。
芯片支持 CCM、QRM、DCM、PFM 多模式控制,低压段最高工作频率 100kHz,高压段最高 145kHz。轻载时可降频至最低 25kHz,并配合谷底导通,在不同输入电压和负载条件下兼顾转换效率与待机功耗。
对于这类 65-100W 级反激方案来说,多模式控制能够让芯片在不同输入和负载工况下保持较好的效率表现。
此外,LZC9538AS 集成低启动电流、软启动、动态环路控制和频率抖动,并具备逐周期限流、输入过欠压、输出过压、短路及过温等保护功能。在提高集成度的同时,也兼顾了整套电源方案的运行可靠性。
整套方案解析来看,菱奇半导体这款电源板在传统反激架构基础上,通过提升主控集成度来做减法。输入 EMI、整流、高压滤波、变压器以及次级整流滤波等功能分区明确,而原边主控和高压开关器件则由 LZC9538AS 集中完成,使整套方案在保持结构清晰的同时,进一步减少了外围器件。
其中,LZC9538AS 可以说是这套方案的核心。它将反激控制器与 800V SiC MOSFET 合封,并支持 CCM、QRM、DCM、PFM 多模式控制,最高工作频率可达 145kHz,同时集成多项保护功能。
对于 65-100W 级 AC-DC 应用来说,这种合封 SiC 类芯片从控制、功率转换到保护进行整体集成,让 SiC 方案在实际落地时更加简单,也更有利于小型化设计。
菱奇半导体成立于 2013 年,总部位于深圳,并在成都、中山设有研发及技术支持团队,产品覆盖 LED 驱动、AC-DC、DC-DC、同步整流以及智能充电管理等领域。近年来公司持续拓展 SiC 相关产品,已经形成恒压、恒流恒压、PFC 以及 LLC 等多条产品线,为不同功率等级的电源应用提供配套方案。

