USB電源適配器電路設(shè)計(jì)方案

USB供電（PD）標(biāo)準(zhǔn)可通過(guò)USB供電，功率高達(dá)100W，足以驅(qū)動(dòng)筆記本電腦，顯示器和DLP?電影放映機(jī)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(zhǔn)諧振（QR）反激進(jìn)行隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換。LLC的優(yōu)勢(shì)在于它可以使功率開(kāi)關(guān)具有軟開(kāi)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(shí)，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(shí)現(xiàn)全軟開(kāi)關(guān)。此外，變壓器漏感的損耗限制了實(shí)際的最大開(kāi)關(guān)頻率。當(dāng)試圖實(shí)現(xiàn)高功率密度和小適配器尺寸時(shí)，這些功能設(shè)置了堅(jiān)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?fù)?。與QR反激不同，ACF實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)并恢復(fù)漏感能量。臨界導(dǎo)通模式ACF使用小的負(fù)磁化電感在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）。此外，輸出整流器可以在關(guān)斷期間實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)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(diǎn)，可以實(shí)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(jì)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(jì)的詳細(xì)系統(tǒng)框圖。

設(shè)計(jì)人員的最大特點(diǎn)是超高功率密度30W/in3無(wú)外殼。首先，臨界導(dǎo)通模式ACF使高開(kāi)關(guān)頻率運(yùn)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(jì)板的圖像。

設(shè)計(jì)師的另一個(gè)關(guān)鍵特性是這種設(shè)計(jì)的高效率。該UCC28780實(shí)現(xiàn)ZVS用于主開(kāi)關(guān)和ZCS用于輔助整流器。次級(jí)諧振配置形成初級(jí)電流波形，從而降低初級(jí)均方根（RMS）電流并顯著改善同步整流器操作。氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管用于ACF初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)，以提高效率，因?yàn)樗鼈兙哂休^小的寄生參數(shù)。通過(guò)在5VOUT和9VOUT下關(guān)閉PFC級(jí)，可以進(jìn)一步提高效率。圖3顯示了參考設(shè)計(jì)的平均效率曲線。

總體而言，100WAC/DC適配器參考設(shè)計(jì)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(qiáng)大，更便攜。