创新的电源架构提高了AC/DC转换器的效率并缩小了尺寸

用于低功率应用（输出功率低于 100W）的 AC/DC 转换器多年来一直采用准谐振 （QR） 或有源钳位反激（ACF） 拓扑结构。Eggtronic 是一家成立于 2012 年、总部位于旧金山摩德纳（意大利）的公司，最近发布了 QuarEgg+，这是一种用于 AC/DC 转换器的专有电源架构，可实现效率提高和三倍尺寸减小。作为经典 QR 和 ACF 拓扑的替代品，QuarEgg+ 能够提供平坦的效率曲线，即使在非常轻的负载和低待机功耗下也是如此。

在准谐振转换器中，没有固定的开关频率，因为控制器在开启之前等待漏极电压的波谷之一。器件关闭和第一个谷底之间的时间由谐振频率决定，而器件开启和器件关闭之间的时间由控制器决定。尽管 QR 转换器能够降低导通损耗，提高效率，但当负载具有较宽的动态范围时，它们会受到影响。事实上，在较轻的负载下，开关频率会增加，从而导致更高的开关损耗。

上述问题可以通过使用 ACF 转换器来解决，该转换器确保永远不会超过最大开关频率，同时在其中一个波谷上进行开关。然而，这需要更高的成本。

Eggtronic QuarEgg+ 架构

通过最大化性能、最小化外形和提高可靠性，Eggtronic 的新架构特别适用于电源应用，从适配器和快速充电器以及移动设备和笔记本电脑的适配器，到扬声器和智能家居助理的电源。

“我们的解决方案已达到几乎等于 25W/英寸3的功率密度，最大限度地提高了满载和轻载时的效率，众所周知，随着功率密度的增加，效率会降低。这是 QuarEgg+ 取得的真正成果”，Eggtronic 的首席执行官兼创始人 Igor Spinella 说。

QuarEgg+ 拓扑的基本框图如图 1 所示。

QuarEgg+ 在所有负载范围内均以零电压开关 （ZVS） 模式运行，从极轻负载到满负载，都能产生几乎平坦的效率曲线。满载时效率高达 95%，轻载时效率高达 92%。由于低于 15 mW 的超低待机功耗，进一步降低了功耗。此外，取消高压、高侧钳位MOSFET 可最大限度地减少组件数量并提高可靠性，同时平滑的瞬态响应可降低 EMI 以简化滤波要求。

图 1：QuarEgg+ 简化框图

QuarEgg+ 解决方案和标准 QR 反激式效率曲线之间的比较如图 2 所示。该比较是使用相同的硅 MOSFET、电解电容器和磁芯完成的，以评估直接归因于性能的提高QuarEgg+ 使用成本优化的物料清单。

“即使在非常轻的负载条件下，效率曲线也几乎保持平坦。我们的目标是提高峰值效率，使其在整个负载范围内尽可能保持稳定，”Igor Spinella 说。

已经在5V，输出功率为1-2W（标称输出功率为45W），即使使用低成本组件，效率也高于90%，因此效率曲线实际上是平坦的。

Eggtronic 已经准备好基于 QuarEgg+ 技术的演示板，可用于 GaN MOSFET 和标准硅 MOSFET。使用这种架构，使用与不使用 GaN 器件之间的效率差异是 0.5% 到 1%，这是所选 GaN 的函数。这是因为使用 ZVS 架构，可以在没有 GaN 功率器件的情况下实现高效率水平。

QuarEgg+ 提供的主要好处如下：

优化中高负载条件下的效率

将性能提高到低于 10% 的负载

在供电 （PD） 应用和空载条件下，功耗低至 15mW@115VAC 或低于 30mW@230VAC。

与准谐振转换器相比，QuarEgg+ 解决方案在次级侧使用了一个额外的 MOSFET。然而，与 QR 转换器相比，成本并没有增加，这要归功于将功率传输 （PD） 等附加功能集成到解决方案中，并且初级侧没有控制器。如图 1 所示，在 QuarEgg+ 拓扑中，控制器位于次级侧。最后，相对成本与 QR 转换器的成本一致（图 3）。

图 3：QR、QuarEgg+ 和 ACF 之间 45W 功率传输的比较

如图 3 所示，QuarEgg+ 允许在轻负载条件下（功率小于 1W）达到最高效率水平，保持与有源钳位解决方案和高功率密度相当的峰值效率。具有集成的电源传输，允许该解决方案已经是 USB 3.1 PD 就绪（24V 和 48V）。

与 QR 转换器相比，QR 转换器在满载时具有初级侧低压开关，在中/轻载时具有硬开关，QuarEgg+ 的初级侧具有零电压开关 （ZVS），可在所有负载条件下确保。

其他优势包括：

更好的 EMI 性能

需要的过滤器更少

谷值衰减没有惩罚

出色的低负载效率

应用

QuarEgg+ 架构适用于之前应用 QR 或 ACF 拓扑的地方。对于不需要高达 75W 的功率因数校正器电路 （PFC） 的应用而言，它是一种出色的解决方案。

“我们的 QuarEgg+ 解决方案以与 QR 转换器相同的成本实现了与 ACF 转换器相同的性能（但是，它在轻负载下表现不佳），”Igor Spinella 说。

相关应用包括笔记本电脑充电器（高达 75W，不需要 PFC）、消费电子产品、移动设备充电器和低功率设备。由于这些设备大部分时间都在轻负载条件下运行，因此使用 QuarEgg+ 可以大大提高节能效果。

为了帮助开发基于 QuarEgg+ 技术的 AC/DC 应用，Eggtronic 将提供基于 GaN 和基于硅的 QuarEgg+ 量产就绪演示板，其功率输出为 35 W、45 W 和 70 W。输出选项包括USB PD（单输出或双输出）、固定电压和 CC CV。还将提供开发板、集成电源控制器、一系列专有磁性元件和全面的技术支持。

审核编辑：郭婷