USB電源適配器電路設計方案

2020-11-21 電子發燒友

USB電源適配器電路設計方案

電路城 發表於 2019-09-29 14:28:29

　　USB供電（PD）標準可通過USB供電，功率高達100W，足以驅動筆記本電腦，顯示器和DLP®電影放映機等高功率設備。

　　USBPD適配器傳統上使用電感-電感-電容（LLC）或準諧振（QR）反激進行隔離式DC/DC轉換。LLC的優勢在於它可以使功率開關具有軟開關，但由於其窄增益限制，因此不適用於寬輸出電壓範圍。同時，QR反激在不連續電流傳導模式下工作，並且在所有輸出電壓範圍內都不能實現全軟開關。此外，變壓器漏感的損耗限制了實際的最大開關頻率。當試圖實現高功率密度和小適配器尺寸時，這些功能設置了堅固的上限。

　　有源鉗位反激（ACF）是一種可以克服這些限制的新型諧振拓撲。與QR反激不同，ACF實現軟開關並恢復漏感能量。臨界導通模式ACF使用小的負磁化電感在整個負載範圍內實現零電壓開關（ZVS）。此外，輸出整流器可以在關斷期間實現零電流開關（ZCS），這將降低整流器的反向恢復損耗並改善電磁幹擾性能。憑藉這些優點，可以實現高頻率和高效率的適配器。

　　TI30W/in3，93.4％效率，100WAC/DC適配器參考設計的電路包括基於UCC28056的前端轉換模式功率因數校正（PFC）電路，然後是ACF用於基於UCC28780的隔離式DC/DC轉換。圖1是參考設計的詳細系統框圖。

　　

　　設計人員的最大特點是超高功率密度30W/in3無外殼。首先，臨界導通模式ACF使高開關頻率運行成為可能，這使得RM8內核可用於變壓器並且具有超高轉換器效率，不需要散熱器，這節省了空間並增加了功率密度更大。圖2是AC/DC適配器參考設計板的圖像。

　　

　　設計師的另一個關鍵特性是這種設計的高效率。該UCC28780實現ZVS用於主開關和ZCS用於輔助整流器。次級諧振配置形成初級電流波形，從而降低初級均方根（RMS）電流並顯著改善同步整流器操作。氮化鎵場效應電晶體用於ACF初級側開關，以提高效率，因為它們具有較小的寄生參數。通過在5VOUT和9VOUT下關閉PFC級，可以進一步提高效率。圖3顯示了參考設計的平均效率曲線。

　　

　　總體而言，100WAC/DC適配器參考設計為USBPD適配器提供了完整的解決方案，適用於任何100W應用。高效率和高功率密度使適配器更強大，更便攜。

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