安森美半導(dǎo)體解讀超高密度USB PD電源適配器設(shè)計

日前，安森美半導(dǎo)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(jīng)理蔣家亮先生分析了適配器市場趨勢，介紹了公司領(lǐng)先市場的超高密度USB PD電源適配器方案，包括ACF拓?fù)涞膬?yōu)勢、方案的能效、功率密度、性能參數(shù)等，并針對相關(guān)熱點(diǎn)、技術(shù)等與媒體進(jìn)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(rèn)為，隨著對更多電力和更快充電的需求不斷增加，便攜式設(shè)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(biāo)準(zhǔn)支持較新的USB供電（PD）規(guī)格，電力傳輸較高可達(dá)100 W，正受到市場廣泛關(guān)注。同時，電源適配器設(shè)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(guān)鍵挑戰(zhàn)。

他表示，作為半導(dǎo)體行業(yè)嶄露頭角的領(lǐng)袖，安森美半導(dǎo)體致力于配調(diào)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(wǎng)（IoT）、高性能電源轉(zhuǎn)換（HPPC）、電機(jī)控制。

談到適配器市場趨勢及安森美半導(dǎo)體有源鉗位反激（ACF）方案，蔣家亮說，新一代手機(jī)已開始采用USB-C，而手機(jī)充電器的演進(jìn)已將功率水平提升到對于15 W，功率密度對于10 W/in³。消費(fèi)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(shè)備供電的需求近年來迅速增加。

他認(rèn)為，適配器方案的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于，需要10%負(fù)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(jī)到筆記本電腦等廣泛的充電應(yīng)用；具有高性價比。

超高密度適配器方案

為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，安森美半導(dǎo)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(yīng)有源鉗位反激控制器和NCP51530 700V半橋驅(qū)動器。

那么為什么采用有源鉗位反激拓?fù)淠兀渴Y家亮解釋說，傳統(tǒng)的反激拓?fù)淇捎糜诟哳l工作，變壓器漏電被耗散在緩沖器/鉗位電路中，難以在生產(chǎn)中控制和較小化；而且Mosfet的損耗應(yīng)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(guān)節(jié)點(diǎn)處的尖峰關(guān)斷。

安森美半導(dǎo)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(guān)及固定的開關(guān)頻率，可以實(shí)現(xiàn)高開關(guān)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?yàn)檠�環(huán)使用漏電，因而能效更佳；單端拓?fù)洳捎帽?/span>LLC相對簡單的磁設(shè)計，以及次級端單開關(guān)/二極管。

安森美半導(dǎo)體提供關(guān)鍵的硅器件用于有源鉗位反激（ACF）設(shè)計，包括NCP1568有源鉗位反激脈寬調(diào)制（PWM）控制器和NCP51530高性能高低邊MOSFET驅(qū)動器、NCP4306次級端同步整流驅(qū)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(guān)鍵特性：一是控制模式，自適應(yīng)零電壓開關(guān)（ZVS）頻率調(diào)制支持可變的 Vout，集成的自適應(yīng)死區(qū)時間，峰值電流模式控制；二是非連續(xù)導(dǎo)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(jī)功耗 <30mW；三是高壓（HV）啟動，700 V HV 啟動 JFET，集成高壓開關(guān)節(jié)點(diǎn)檢測以優(yōu)化ZVS，內(nèi)置欠壓和X2 放電。

可以看到，安森美半導(dǎo)體AC-DC方案使適配器的尺寸減少了一半，實(shí)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(jìn)，如需求更多的電力，邁向采用USB C PD標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)，它具有自適應(yīng)ZVS死區(qū)時間，可配置的ACF/DCM轉(zhuǎn)換，可以顯著增加功率密度，支持達(dá)100W的USB 供電。安森美半導(dǎo)體領(lǐng)先市場的方案包括NCP1568有源鉗位反激PWM和NCP51530 高性能MOSFET 驅(qū)動器，同時提供設(shè)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(shè)計人員快速實(shí)現(xiàn)超高密度電源適配器。

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