USB 供電設計採用4開關降壓-升壓轉換器

2021-02-13 安森美半導體

USB 已從供電有限的數據接口，發展為帶有一個數據接口功能的重要供電部件。最新的 USB 3.x 協議支持更高水平的功率通量。默認電壓為 5V，USB-C 埠能與插入的設備「協商」，將埠電壓提高至 20V。

新供電要求中的一項獨特挑戰是如何使用一個 4.5V-32V 輸入電壓來提供一個 5V-20V 直流總線。一個4開關降壓-升壓轉換器是合適的拓撲結構，提供降壓或升壓電源轉換，因其可提供設計人員和客戶所需的寬電壓轉換範圍、正極性、高能效和小尺寸方案。安森美半導體用於 USB 供電和 USB-C 應用的 NCP81239 4開關降壓-升壓控制器可以驅動4個開關，使轉換器能夠降壓或升壓，並支持用戶滿足 USB 供電（PD）規格，該規格適用於所有 USB PD 應用，如 PC /筆記本電腦、移動電源和擴展口。

在同步降壓轉換器中，有個現象眾所周知，它稱為 「低端誤導通」或「 dv/dt 電感導通」，這是造成擊穿的罪魁禍首，有可能損壞開關並降低整個轉換器的可靠性。

然後，這一問題在4開關降壓-升壓轉換器中翻了一番，因為它有兩個階段——降壓和升壓。當設計人員直接將降壓轉換器的電路參數複製到4開關降壓-升壓轉換器的升壓段時，就會產生錯誤。隨著這種拓撲結構在應用中越來越受歡迎，了解dv/dt電感導通問題變得越來越重要。

在4開關降壓-升壓轉換器中，dv/dt 電感導通是由同步整流 MOSFET 在降壓段和升壓段快速升高的漏源電壓引起的。由於不需要的擊穿電流流過任一相橋臂，結果導致整個系統能效下降。電源設計人員可採用幾種經濟的電路方案，包括最小化整流開關的關斷門極驅動電阻，增加有源開關的導通門極驅動電阻，或在開關節點加入 RC 緩衝電路。選擇具有低 Qgd/Qgs(th) 比率和高閾值電壓的 MOSFET 也可降低 dv/dt 電感誤導通的可能性。

欲了解更多信息，請查閱四開關降壓-升壓轉換器柵極驅動器設計注意事項。


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