德州儀器：為100w usb電力輸送適配器提供超高功率密度

usb 電力輸送(pd)標(biāo)準(zhǔn)支持通過(guò)usb進(jìn)行高達(dá)100w的電力輸送，該電力足以驅(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。

usb pd適配器通常采用電感-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)在于其支持具有軟開(kāi)關(guān)的功率開(kāi)關(guān)，但由于其窄增益限制，并不適用于寬輸出電壓范圍。而且，qr反激在不連續(xù)電流傳導(dǎo)模式下工作，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)設(shè)計(jì)人員想要實(shí)現(xiàn)高功率密度和小適配器尺寸時(shí)，上述不足就給功能的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了很大的限制。

有源鉗位反激(acf)是一種可克服這些限制的新型諧振拓?fù)?。與qr反激不同，acf可實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)和漏感能量回收。臨界導(dǎo)通模式acf使用小型負(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，并提高電磁干擾性能。憑借這些優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高頻率和高效率的適配器。

使用德州儀器30 w/in3、93.4%效率、100 w ac/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，然后是基于ucc28780的用于隔離式dc / dc轉(zhuǎn)換的acf。圖1是參考設(shè)計(jì)的詳細(xì)系統(tǒng)框圖。

圖1：ac/dc適配器參考設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖

設(shè)計(jì)人員最關(guān)注的特征是無(wú)外殼的超高功率密度30 w/in3。首先，臨界導(dǎo)通模式acf可以實(shí)現(xiàn)高開(kāi)關(guān)頻率，使得rm8內(nèi)核可用于變壓器。而且，由于具有超高轉(zhuǎn)換器效率，無(wú)需使用散熱器，從而既節(jié)省了空間，也提高了功率密度。圖2所示為ac/dc適配器參考設(shè)計(jì)電路板。

圖2：ac/dc適配器參考設(shè)計(jì)電路板

設(shè)計(jì)師關(guān)注的另一重要特征是該設(shè)計(jì)的高效率。ucc28780實(shí)現(xiàn)了主開(kāi)關(guān)的zvs和次級(jí)整流器的zcs。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5 vout和9 vout下關(guān)閉pfc級(jí)，可進(jìn)一步提高效率。圖3所示為參考設(shè)計(jì)的平均效率曲線。

圖3：ac/dc適配器參考設(shè)計(jì)平均效率曲線

總之，100 w ac/dc適配器參考設(shè)計(jì)為usb pd適配器提供了完整的解決方案，適用于任何100 w應(yīng)用。高效率和高功率密度使該適配器具備更強(qiáng)大的性能且更加便攜。

其他資源

下載ucc28780和ucc28056數(shù)據(jù)表。

查看30 w / in3、94%效率、65 w usb type-c?pd交流/直流適配器參考設(shè)計(jì)。

閱讀應(yīng)用筆記：“使用有源鉗位反激式控制器(ucc28780)提高功率密度”。

請(qǐng)觀看視頻，了解有關(guān)ucc28780如何實(shí)現(xiàn)acf拓?fù)浜透吖β拭芏鹊母嘈畔ⅰ?/p>

文章錄入：ql 責(zé)任編輯：楊瑩瑩