效率98%的华为4850S1学习及北理工沙德尚电源网深圳双向宽增益电源演讲感悟

正面图

背面图

由于帖子刚刚更新，信息较少，简单概括一下：输出53.5V/56.1A，最高效率98%+，高压侧使用的是东芝的MOS管 TK20V60（Si MOS，600 V，20 A，190 mΩ） 和TK31V60 （ 超级结，600V，30.8A， 98 mΩ @ 9.4A） 。

下面开始胡吹阶段，猜测推理。

根据正面图和背面图上磁元件和MOS及各自特点，分析前级为CRM模式的Interleaved totem pole 概率较大，后级为三交错的半桥LLC（共中点，互为回路）。

主拓扑电路如下所示：

下面来剖析前级，背面图中的左下角的8个贴片管子（2个桥臂，4个并联）应该为超级结TK31V60，此时开关切换需要高频率切换，其磁集成的电感除了在一定程度上保证电感量尽量一致之外，还能把抵消中柱的磁通，降低成本和磁元件体积，减少磁元件数量，降低磁元件损耗，这个位置的磁元件至于其耦合情况，根据邵革良博士的讲解，此处需要轻度耦合较好，因此可能该磁集成电感中柱有小气隙存在，没有解剖过这个磁元件，暂时不清楚，哪位大佬知道还望指点一二哈。

关于这个电路简单再写一些内容：

（1）由于电路工作在CRM（临界或断续）下的实现ZVS，因此在下图中的MOS1到4工作在调频的软开关下，电路需要采集电感过0之后一点的负电流，从而实现软开关（比如正半周时，MOS2作为续流管，当电流翻转的时候，MOS1的体二极管也会导通，通过电感反向电流一点点，这个时候再来开通MOS1就实现了软开通，其他的就跟正常的BOOST控制一样。）。

（2）至于交错环节，可以降低因CRM（临界模式）下的纹波电压，还可以做磁集成，不止可以两相交错，还可以三相交错等。

（3）该电路在双向变换领域和高效要求的应用较多，控制较为复杂，对于以后的宽禁带器件如GaN的发展，为该电路以后成为主流拓扑提供了助力。

（4）控制策略：

a、MOS5-6为工频周期的过零切换，主要是长期导通，主要是用皮实的硅管，需要抗浪涌能力。而MOS2到MOS4为高频切换，且会变频，频率最高到多少也不清楚。根据之前推导DCM下的PF值实际控制时只与DT（导通时间）这个变量有关，因此闭环PF时也会相对简单些，除此之外还有电压环。

b、保护环节一直都是这个电路最复杂的环节，之前看过华为4850G系列时的产品也是非常麻烦的，除了判断过零负电流还有过零，过流判断、输入过欠压，输出过压等。

c、过零附近的电感电流畸变也比较严重，会出现电流震荡,不少厂商的策略是在过零处进行软启动（TI的工程师是这样做的）。

d、至于带载方面，轻载可能只工作一半，中载或者重载工作在交错下，这个主要是避免间歇这块考虑的。

e、软件也是一大块难题，不过现在TI的芯片更新了，对高频下的不少问题进行了优化，比如TMS320F280049这个新出的芯片，性价比还是非常不错的，解决了不少其他芯片的控制问题，且能单周期同时赋值给多寄存器。真不是给TI打广告，这个行业大家心理清楚，国内的DSP控制的数字电源，几乎全部被TI垄断。

   大胆的我来点评一下这个前级电路吧，对于高频高效高功率电路来说，该拓扑将随着GaN的兴起而站到主流拓扑席位，以后的单相电源的通用拓扑，尤其是通信电源领域和双向变换领域，在国内的话华为貌似拥有这种过零一点点的控制策略专利，不知道能不算数，对整个电源行业都不是好事情，拓扑无法更改的情况下，可以做一下策略上的优化，从采样到控制保护、磁集成电感等等。该电路TI使用GaN可以做到98到99%的样子（1.6KW/1MHz的最高效率点），后续再在电源器件更新的情况下电源界将会发生不一样的技术变革，那些靠抄袭和低成本的方法要统统成为历史了，电源界有句话叫抄都抄不出来，抄出来也不敢卖。根据华为的开发周期，这个模块目前上市走量，GaN还不成熟，所以使用了超级结的MOS，后面华为的研发方案肯定是GaN，因为通过观察市场上的GaN的各大半导体产品发布情况，可以说明GaN时代到了。

除了CRM的图腾柱应用之外，实际上该电路在CCM模式下也是应用较为广泛，这个下面放一张CRM的仿真波形吧，这个交错的控制环路我还在仿真中，先上个CRM的图感受一下哈：

下面来说一下三相半桥交错LLC+SR(同步整流)

 这个拓扑在华为的产品中应用比较多，两年前见过2011年左右的华为通信产品，那时候还是三个半桥的LLC不互为回路的独立交错产品，均流就是个大问题，一直是LLC这种调频拓扑的尴尬，控制上错相频率跟随，谐振腔内的硬件参数相差一点点就会在高频下出现很大的增益差，这个时候表现出其不均流特性。纵使目前这个三相交错互为回路的LLC能满足目前的工程上的均流要求，但是当我们把Si-MOS换成GaN之后，使用该拓扑就又会有这个问题出现，频率越高，误差精度要求越厉害，这对磁元件的成本和工艺实现提出了挑战。所以三相交错并不是上上之策，而是被逼无奈的选择，付出了很多，之前我仔细分析过，针对4850这种规格的产品，还是两相交错最合适能达到性价比最优，之前有幸接触过两相交错的均流问题，最后也提出了一个可实际解决问题的方案，但是也有一定的局限性，适用于局部领域。上周听了沙德尚的演讲，他演讲的内容是双向宽增益DCDC变换器，演讲中的双向DCDC移相全桥的改进，只通过控制实现，而不需要增加任何电路，对于这种演讲方法是非常值得学习的，我们在研究变换器时，核心就是控制，他把频率，相位，占空比等变量最终经过变换转化成一个可调节的变量，从而实现了ZVS及双向控制等。

至于三相半桥LLC互为回路的电路我就不解析了，工作状态和常用的LLC差不多，为了验证上述我说的三相的不均流情况，特意更改了谐振腔内的参数进行了仿真验证，第一个图为次级各个变压器的输出电流情况，是不是发现大小不同，第二个图是初级电流的情况，是不是发现大小也不同，这就是不均流情况，当你把频率开到1MHz的时候，这个因为谐振腔参数造成的误差就会导致增益偏差更大，也会导致严重不均流发生。虽然我做的两交错解决了均流的工程问题，但是还有有一些其他问题需要解决，由于专利还没发，暂时不方便透露方案。对于图片中的谐振电感和变压器，华为统统采用了磁集成，除了减小体积，提高效率，很大一部分是在解决参数一直性的问题，当然也不用过分要求，毕竟他的频率还没到这个拓扑无法接受的时候，不过下一代的产品，他一定会遇到并且解决很难很麻烦。至于图上的谐振电容，注意到没，采用了高压贴片电容的多个串并方案，对于振动要求不高的领域，可以这样操作，并且可以尽可能的保证谐振电容的参数一致。

剩下的内容我就不剖析了，这个是一篇技术随笔，由于笔者也是才疏学浅，难免有理解不当之处，望诸位多多包涵并指出，感激不尽。

后记：其实还可以写的更多，但是作者还是很懒的，每次写这些东西都需要写好一会儿。后面的话也可能不定期更新一些有意思的拓扑分析，因为作者比较喜欢研究拓扑，大部分还是发布一些基础知识，会搬运一些歪果仁的油管视频及技术解析，因为很多东西也是涉密，将会发一下我没有做过或者不涉密的东西的想法和分析，当然个人也是才疏学浅还是要多靠大家交流。后面也准备自己做一些低成本的廉价产品，有感兴趣的可以跟我联系。我们只进行技术交流，关于什么图纸啊，参数啊等等就不要问了。感谢你辛苦的看完。