【安森美半导体】电池充电器

一、核心功能与架构

电池充电器典型功率链为：交流输入经滤波器与整流器、PFC 功率因数校正级、直流 - 直流变换级后，由负载开关输出至锂电池包，光耦实现输出电压反馈；辅助电源（可选）为控制电路供电。USB Type-C 接口可实现交流 / 直流输入到直流输出的灵活供电（系统架构见文末示意图）。

· 滤波器与整流：交流输入经滤波器与桥式整流器进行 EMI 滤波与整流，为后级 PFC 提供直流母线。

· PFC 阶段：由 PFC 控制器、栅极驱动器、iGaN 与功率分立器件构成，采用创新图腾柱拓扑与多模式 PFC 控制，配合 EliteSiC MOSFET / GaN HEMT，覆盖 240W 至 3kW，在各负载条件下实现高效率。

· 直流 - 直流阶段：由反激式 / 谐振式控制器、同步整流器、高压功率开关、低压 - 中压 MOSFET、iGaN 与同步控制器构成，实现电气隔离与稳压变换。

· 负载开关与输出：由 CC/CV 控制器与保护器件构成恒流 / 恒压输出与保护，最终为锂电池包充电。

· 反馈与辅助电源：光耦提供输出电压反馈；辅助电源（可选）由反激式控制器、高压功率开关、整流与保护、稳压器构成，为控制电路供电。

· USB Type-C 供电：交流输入与直流输入经内部变换后由 Type-C 连接器直流输出，支持 USB PD 高达 240W，并提供 100W 可编程电源及扩展功率范围、可调电压选项。

二、核心物料推荐与优势

1. GaN HEMT（高频高效功率开关）

• 产品特点：采用集成 GaN 器件（iGaN）与 650V 集成 GaN HEMT，支持高频开关。
• 方案价值：GaN HEMT 在高频、高效率充电器设计中可减小磁性元件体积、提高功率密度，应对超高密度设计挑战，是图腾柱 PFC 与高频 LLC 的关键器件。

2. EliteSiC MOSFET（高效率图腾柱 PFC）

• 产品特点：基于 EliteSiC 的 SiC MOSFET，配合多模式 PFC 控制。
• 方案价值：SiC MOSFET 降低图腾柱 PFC 的开关与导通损耗，在 240W 至 3kW 范围内实现全负载段高效率，满足严苛能效标准。

3. 硅 / 中压 MOSFET（通用功率开关）

• 产品特点：硅基中压 MOSFET，配合 USB PD 控制器与负载开关使用。
• 方案价值：承担 USB PD 输出级与中低压功率开关功能，与控制器、负载开关协同，对输出电压和电流实现良好控制。

4. USB PD 控制器（USB 供电管理）

• 产品特点：USB PD 控制器，支持高达 240W 功率、100W 可编程电源及扩展功率范围、可调电压选项。
• 方案价值：管理 Type-C 接口的功率协商与输出调压，与中压 MOSFET、负载开关配合，保障对受电设备的安全、可控供电。

5. PFC 控制器与栅极驱动器（功率级控制核心）

• 产品特点：PFC 控制器配合栅极驱动器，支持图腾柱拓扑与多模式 PFC 控制。
• 方案价值：控制 PFC 级的开关时序与多模式切换，驱动 SiC/GaN 功率器件，实现高功率因数与高效率，覆盖 240W 到 3kW 的宽功率范围。

6. 直流 - 直流与输出器件（隔离变换与保护）

• 产品特点：反激式 / 谐振式控制器、同步整流器、高压功率开关、同步控制器、CC/CV 控制器、保护器件与光耦。
• 方案价值：实现隔离型直流变换、同步整流与恒流 / 恒压输出保护，光耦反馈稳压，共同保障锂电池包充电的安全与稳定。

7. 负载开关与保护器件（输出安全管控）

• 产品特点：负载开关配合保护器件，纳入 USB PD 与充电输出路径。
• 方案价值：在输出端实现通断控制与过流、过压保护，配合 CC/CV 控制器保障电池与受电设备安全。

参考文档与设计资源（点击附件下载）

· White Papers（白皮书）：精通拓扑结构选型：优化电池供电工业设备中的锂电池设计；Advantages of Integrated GaN Devices in AC-DC Solutions；采用基于 GaN 的 300W 图腾柱 PFC 和 LLC 电源应对超高密度设计挑战；Meeting Challenging Efficiency Standards with Bridgeless Totem Pole Power Factor Correction。

· Application Notes（应用笔记）：并联 SiC FET；安森美新款 Elite Power 仿真工具和 PLECS 模型自助生成工具的技术优势。

· Reference Designs（参考设计）：240 W USB PD3.1 EPR - CrM Totempole PFC and 2 Switch Flyback Solution；240 W UHD Power Supply - CrM Totempole PFC and Current Mode LLC HB Solution；1 kW Universal Input 48 V Output Power Supply Reference Design。

· Eval Board Manual（评估板手册）：Ultra High Density and Efficiency 300 W Totem-pole PFC and HF CM LLC HB Design with 650 V Integrated GaN HEMT。