基于ST 意法半導(dǎo)體ST-ONE和MASTERGAN4的超高功率密度65W USB Type-C PD 3.1解決方案

EVLONEMP 是功率密度最高的 USB PD 3.1 多端口供電解決方案之一，具有一個 USB Type-A 端口和一個支持可編程電源 (PPS) 的 USB Type-C 端口。 該設(shè)計支持各種輸入電壓，可在 Type-A 端口上提供 10 W (5 V@2 A)，并在 Type-C 端口上提供五個固定 PDO 和兩個 APDO。 方案基于 ST-ONEMP，這是世界上第一個在單個封裝中嵌入 Arm? Cortex? M0+ 內(nèi)核的數(shù)字控制器、具有同步整流功能的離線可編程控制器和 USB PD PHY。 這種系統(tǒng)專門設(shè)計用于控制 ZVS 非互補有源箝位反激式(non-complementary active clamp flyback)轉(zhuǎn)換器，以創(chuàng)建具有 USB 供電接口的高功率密度充電器和適配器。 該器件包括一個有源箝位反激式控制器及其在初級側(cè)的 HV 啟動、一個微控制器以及控制次級側(cè)轉(zhuǎn)換和 USB 供電通信所需的所有外圍設(shè)備。 兩側(cè)通過嵌入式電隔離雙通信通道連接。 與 MasterGaN 功率級配合使用的高開關(guān)操作允許使用小尺寸磁性元件并達(dá)到非常高的效率。

ST-ONEMP數(shù)位控制器基于市場首個ST-ONE架構(gòu)，在一個封裝內(nèi)集成Arm? Cortex?-M0+ 微控制器、高能效非互補有源箝位反激式控制器和USB-PD 3.1接口。 ST-ONE 架構(gòu)的初級側(cè)和次級側(cè)電路之間電流隔離，極大地簡化了USB-PD電源適配器的設(shè)計和組裝。

現(xiàn)在，通過增加電能共享支持功能，最新的ST-ONEMP簡化了在USB-PD 輸出外再增加一個輸出的雙充電口設(shè)計，提高終端用戶的充電靈活性和便利性。

在ST-ONEMP內(nèi)部，Cortex-M0+ MCU微控制器位于充電器次級側(cè)，片上64KB閃存用于保存定制USB-PD協(xié)議和電源轉(zhuǎn)換固件。微控制器預(yù)裝USB-PD 3.1 PPS 認(rèn)證程式，讓開發(fā)者為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用提供總包方案。 MCU 控制同步整流器和反激式轉(zhuǎn)換器，并針對零電壓開關(guān)非互補有源箝位拓?fù)鋬?yōu)化了微控制器，因為在高功率時，零電壓開關(guān)非互補有源箝位能效高于傳統(tǒng)準(zhǔn)諧振反激式變換拓?fù)洹?/p>

ST-ONEMP與意法半導(dǎo)體的MasterGaN功率技術(shù)配套使用。 MasterGaN技術(shù)包含意法半導(dǎo)體的集成柵極驅(qū)動器的氮化鎵(GaN)寬帶隙功率晶體管。意法半導(dǎo)體GaN技術(shù)的開關(guān)頻率比傳統(tǒng)硅 MOSFET更高，使適配器能夠提供更高的功率密度和符合最新生態(tài)設(shè)計規(guī)范的高能效。

原廠相關(guān)產(chǎn)品網(wǎng)頁:

EVLONEMP - Very high power density board - 65W multi-port (USB Type-C and USB Type-A) power delivery based on ST-ONEMP and MASTERGAN4 - STMicroelectronics

ST-ONEMP - Fully integrated controller for multiport smart chargers - STMicroelectronics

MASTERGAN4 - High power density 600V half-bridge driver with two enhancement mode GaN HEMTs - STMicroelectronics

?展示板照片

ST

?方案方塊圖

ST

?核心技術(shù)優(yōu)勢

? USB-PD 3.1 PPS,搭配微控制器用于數(shù)位電源控制和 USB 協(xié)定
? 適配器的重量和體積與20W單端口智能手機充電器相當(dāng)。峰值能效為 94%，比同類傳統(tǒng)雙口適配器高 2%，而 PCB 面積僅為傳統(tǒng)適配器的四分之一。因此，原始設(shè)備制造商可以縮減外殼尺寸，節(jié)省能源，減少塑料使用，提供更環(huán)保的產(chǎn)品。
? 使用GaN技術(shù)的開關(guān)頻率比傳統(tǒng)硅 MOSFET更高，使適配器能夠提供更高的功率密度和符合最新生態(tài)設(shè)計規(guī)范的高能效 ? 符合IEC 62368-1標(biāo)準(zhǔn)

?方案規(guī)格

? 通用輸入電源范圍：90 Vac 至 265 Vac - 頻率 47 ~ 63 Hz
? 最大輸出功率：65 W
? 尺寸：58x36x20mm，（長 x 寬 x 高）
? 功率密度：26 W/in3
? 效率：> 93 % @ 滿載
? 恒定電流輸出：最大 3.75 A 適用于 USB Type-C 端口; 2 A 最大值,適用于 USB A 型端口
? 輸出電壓范圍：USB Type-C 端口 3.3 ~ 21 Vdc , USB Type-A 端口 5 Vdc
? USB Type-C 端口上的 PD 輸出（USB Type-A 端口上無負(fù)載）：五個固定 PDO：5 V@3.75 A、9 V@3.75 A、12 V@3.75 A、15 V@3.75 A、20 V@ 3.25 A ;兩個 APDO (PPS)：3.3 V~16 V@3.75 A，3.3 V~21 V@3.25 A
? USB Type-C 端口上的 PD 輸出（USB Type-A 端口上有負(fù)載）：五個固定 PDO：5 V@3.75 A、9 V@3.75 A、12 V@3.75 A、15 V@3.33 A、20 V@ 2.5 A; 兩個 APDO (PPS)：5 V~16 V@3.3 A，5 V~21 V@2.5 A
? PPS 模式：CV 階值為 20 mV，CC 階值為 50 mA
? 反饋回路：恒定電流和恒定電壓
? 保護：過流保護、過溫保護、過壓保護、欠壓保護