安森美半導體解讀超高密度USB PD電源適配器設計

日前，安森美半導體在京舉辦高密度USB Type-C PD電源適配器方案媒體交流會，模擬方案部交流-直流電源管理高級市場推廣經理蔣家亮先生分析了適配器市場趨勢，介紹了公司領先市場的超高密度USB PD電源適配器方案，包括ACF拓撲的優(yōu)勢、方案的能效、功率密度、性能參數(shù)等，并針對相關熱點、技術等與媒體進行了交流和探討。

功率密度和性能是適配器市場發(fā)展趨勢

蔣家亮認為，隨著對更多電力和更快充電的需求不斷增加，便攜式設備電源適配器在朝向更高能效和更高功率密度的方向發(fā)展，新一代USB Type-C標準支持較新的USB供電（PD）規(guī)格，電力傳輸較高可達100 W，正受到市場廣泛關注。同時，電源適配器設計人員面臨能效法規(guī)、熱管理、電磁干擾（EMI）性能、兼容性等關鍵挑戰(zhàn)。

他表示，作為半導體行業(yè)嶄露頭角的領袖，安森美半導體致力于配調資源和投資以在戰(zhàn)略增長市場取勝，這些市場包括汽車、物聯(lián)網（IoT）、高性能電源轉換（HPPC）、電機控制。

談到適配器市場趨勢及安森美半導體有源鉗位反激（ACF）方案，蔣家亮說，新一代手機已開始采用USB-C，而手機充電器的演進已將功率水平提升到對于15 W，功率密度對于10 W/in³。消費者需求更多電力加快充電，使得提供更多電力以更快充電和為大型電子設備供電的需求近年來迅速增加。

他認為，適配器方案的關鍵挑戰(zhàn)在于，需要10%負載能效和平均能效的更高能效；更高功率密度及易于散熱管理；抗電磁干擾（EMI）性能好，同時保持器件數(shù)少，能涵蓋從手機到筆記本電腦等廣泛的充電應用；具有高性價比。

超高密度適配器方案

為了應對上述挑戰(zhàn)，安森美半導體推出了創(chuàng)新的高密度適配器方案NCP1568有源鉗位反激式控制器可用于USB供電，包括NCP1568自適應有源鉗位反激控制器和NCP51530 700V半橋驅動器。

那么為什么采用有源鉗位反激拓撲呢？蔣家亮解釋說，傳統(tǒng)的反激拓撲可用于高頻工作，變壓器漏電被耗散在緩沖器/鉗位電路中，難以在生產中控制和較小化；而且Mosfet的損耗應選擇高Rds（on）FET；Coss*V^2*Freq 高壓耗散，但在90 Vac時降低了能效，可能需要更好的散熱器。此外，EMI也是一個挑戰(zhàn)，在EMI和緩沖器方案中，必須考慮在開關節(jié)點處的尖峰關斷。

安森美半導體的USB PD電源適配器方案則可解決上述問題。有源鉗位反激采用FET零電壓開關及固定的開關頻率，可以實現(xiàn)高開關頻率，提升能效和EMI性能；軟增加次級端電流，有利于EMI性能；具有干凈的漏極波形，無任何振鈴；因為循環(huán)使用漏電，因而能效更佳；單端拓撲采用比LLC相對簡單的磁設計，以及次級端單開關/二極管。

安森美半導體提供關鍵的硅器件用于有源鉗位反激（ACF）設計，包括NCP1568有源鉗位反激脈寬調制（PWM）控制器和NCP51530高性能高低邊MOSFET驅動器、NCP4306次級端同步整流驅動器，以及SUPERFET® MOSFET、橋式二極管、二極管等。這些可以組成一個系統(tǒng)方案。

據(jù)介紹，NCP1568具有以下一些關鍵特性：一是控制模式，自適應零電壓開關（ZVS）頻率調制支持可變的 Vout，集成的自適應死區(qū)時間，峰值電流模式控制；二是非連續(xù)導通模式（DCM）及輕載模式，可選過渡至DCM模式，頻率返走，較小31 kHz 的頻率鉗位，靜音跳躍消除可聞噪聲，待機功耗 <30mW；三是高壓（HV）啟動，700 V HV 啟動 JFET，集成高壓開關節(jié)點檢測以優(yōu)化ZVS，內置欠壓和X2 放電。

可以看到，安森美半導體AC-DC方案使適配器的尺寸減少了一半，實現(xiàn)了超高密度65W USB PD適配器。

此外，NCP51530對比競爭器件具有較低的空載電流性能，可以與NCP1568組成超高密度PD適配器一站式方案。

蔣家亮較后表示，電源適配器受三大市場動力推進，如需求更多的電力，邁向采用USB C PD標準，以及功率密度高于20W/inch3的超高密度電源適配器。而有源鉗位反激是適配器的下一個演進，它具有自適應ZVS死區(qū)時間，可配置的ACF/DCM轉換，可以顯著增加功率密度，支持達100W的USB 供電。安森美半導體領先市場的方案包括NCP1568有源鉗位反激PWM和NCP51530 高性能MOSFET 驅動器，同時提供設計工具Simplis 模型和NCP1568 40W 5V/8A 或 或 10V/4A超高密度演示板，幫助電源設計人員快速實現(xiàn)超高密度電源適配器。

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