USB供電(PD)標準可通過USB供電,功率高達100W,足以驅(qū)動筆記本電腦,顯示器和DLP?電影放映機等高功率設(shè)備。
USBPD適配器傳統(tǒng)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(zhuǎn)換。LLC的優(yōu)勢在于它可以使功率開關(guān)具有軟開關(guān),但由于其窄增益限制,因此不適用于寬輸出電壓范圍。同時,QR反激在不連續(xù)電流傳導(dǎo)模式下工作,并且在所有輸出電壓范圍內(nèi)都不能實現(xiàn)全軟開關(guān)。此外,變壓器漏感的損耗限制了實際的最大開關(guān)頻率。當試圖實現(xiàn)高功率密度和小適配器尺寸時,這些功能設(shè)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(xiàn)軟開關(guān)并恢復(fù)漏感能量。臨界導(dǎo)通模式ACF使用小的負磁化電感在整個負載范圍內(nèi)實現(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS)。此外,輸出整流器可以在關(guān)斷期間實現(xiàn)零電流開關(guān)(ZCS),這將降低整流器的反向恢復(fù)損耗并改善電磁干擾性能。憑借這些優(yōu)點,可以實現(xiàn)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(shè)計的電路包括基于UCC28056的前端轉(zhuǎn)換模式功率因數(shù)校正(PFC)電路,然后是ACF用于基于UCC28780的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換。圖1是參考設(shè)計的詳細系統(tǒng)框圖。
設(shè)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(dǎo)通模式ACF使高開關(guān)頻率運行成為可能,這使得RM8內(nèi)核可用于變壓器并且具有超高轉(zhuǎn)換器效率,不需要散熱器,這節(jié)省了空間并增加了功率密度更大。圖2是AC/DC適配器參考設(shè)計板的圖像。
設(shè)計師的另一個關(guān)鍵特性是這種設(shè)計的高效率。該UCC28780實現(xiàn)ZVS用于主開關(guān)和ZCS用于輔助整流器。次級諧振配置形成初級電流波形,從而降低初級均方根(RMS)電流并顯著改善同步整流器操作。氮化鎵場效應(yīng)晶體管用于ACF初級側(cè)開關(guān),以提高效率,因為它們具有較小的寄生參數(shù)。通過在5VOUT和9VOUT下關(guān)閉PFC級,可以進一步提高效率。圖3顯示了參考設(shè)計的平均效率曲線。
總體而言,100WAC/DC適配器參考設(shè)計為USBPD適配器提供了完整的解決方案,適用于任何100W應(yīng)用。高效率和高功率密度使適配器更強大,更便攜。
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