同步整流器能夠形成的一個(gè)高效解決方案

幾星期前，在機(jī)場(chǎng)候機(jī)時(shí)，我發(fā)現(xiàn)登機(jī)門(mén)前的很多座位上安裝了內(nèi)置的USB端口，這讓我既驚訝又高興。如圖1所示，除了兩個(gè)AC插座外，大多數(shù)座位有2個(gè)USB端口。

我記得，就在幾年前，機(jī)場(chǎng)內(nèi)的USB墻式插座還很少見(jiàn)。而如今，內(nèi)置USB充電器變得越來(lái)越常見(jiàn)，即使在咖啡廳和餐飲連鎖店內(nèi)也能看到它們的身影。目前，新建房屋都有USB墻式充電器，而對(duì)現(xiàn)有的房屋進(jìn)行裝修和翻新時(shí)，也會(huì)用USB充電器取代老式的AC插座。很明顯，免適配器充電提供了快速充電的便利性，同時(shí)也提高了整潔度。

圖1：機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓座椅上的內(nèi)置USB端口

考慮到USB墻式充電器的采用范圍越來(lái)越廣泛，我想在這里給出一些與基本設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)和注意事項(xiàng)相關(guān)的觀察所得。最不尋常的挑戰(zhàn)就是如何滿足嚴(yán)格的熱性能要求，以符合安全規(guī)范。與外部或便攜式AC/DC適配器設(shè)計(jì)不同，一個(gè)內(nèi)置USB墻式充電器只能通過(guò)插座的安全蓋散熱。安全蓋后面的一組或雙組插座盒被隔熱材料所包圍。前面板不能超過(guò)60oC。圖2顯示的是一個(gè)單組插座盒的示例。通常情況下，它的尺寸為4”(L)x2.75”(W)x2.5”(D)。容納AC/DC電源解決方案的實(shí)際空間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于尺寸數(shù)據(jù)所給出的空間大小。原因在于，需要將電線從后部引到前面，與單組插座盒正面插座相連。

插座蓋后面所允許的最大功率耗散為2-3W。對(duì)于2個(gè)10W的USB端口來(lái)說(shuō)，你需要90%的效率，這樣才能將損耗控制在2W以下。當(dāng)用于商用USB充電器/雙孔插座中時(shí)，TI的UCC28700 反激式控制器和UCC24610 次級(jí)側(cè)同步整流器能夠形成一個(gè)高效的解決方案。如圖3所示，這個(gè)插座提供2個(gè)高功率USB端口，總充電電流達(dá)到3.6A。電源開(kāi)關(guān)TPS2561A 被用來(lái)提供雙USB輸出。

圖2：墻式插座板后常見(jiàn)的單組插座盒。

圖3：支持雙輸出的USB墻式充電器實(shí)現(xiàn)方式

隨著USB Type-C接頭和USB-PD等新型應(yīng)用的出現(xiàn)，用戶希望能夠獲得20W以上的充電功率，這一充電能力能夠?yàn)?a target="_blank">智能手機(jī)、平板電腦和超極本等設(shè)備充電。更高效率和高功率密度AC/DC解決方案是USB墻式充電器所必須的。TI團(tuán)隊(duì)正在研究一個(gè)高效高密度解決方案來(lái)滿足這個(gè)挑戰(zhàn)。

UCC28700 控制器的待機(jī)功率水平被控制在100mW以下。雖然目前還沒(méi)有針對(duì)USB墻式充電待機(jī)功率的行業(yè)規(guī)范，但我認(rèn)為，逐漸減少的待機(jī)功率仍然會(huì)對(duì)整個(gè)世界產(chǎn)生顯著的影響。例如，待機(jī)功率減少50mW就意味著每年能夠節(jié)省438Wh的電能。TI的UCC28730 反激式控制器甚至能夠幫助實(shí)現(xiàn)0待機(jī)功率(<5mW)。

我認(rèn)為，一旦支持USB Type-C的設(shè)備成為主流，USB墻式充電器的使用范圍會(huì)更加廣泛。當(dāng)酒店、機(jī)場(chǎng)、咖啡店、餐館和住宅配備了USB Type-C墻式充電器后，我們只需攜帶一個(gè)USB Type-C電纜，而不是用于不同電子設(shè)備的各式各樣的充電器。作為一個(gè)經(jīng)常旅行的人來(lái)說(shuō)，我希望這一天早點(diǎn)兒到來(lái)。你在什么地方見(jiàn)過(guò)USB墻式充電器嗎？