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為100W USB電力輸送適配器提供超高功率密度

本文作者:德州儀器       點擊: 2019-07-05 11:05
前言:

USB 電力輸送(PD)標準支持通過USB進行高達100W的電力輸送,該電力足以驅動筆記型電腦、顯示器和DLP®電影放映機等高功率設備。
 
USB PD適配器通常採用電感-電感-電容(LLC)或准諧振(QR)反激進行隔離式DC/DC轉換。LLC的優勢在於其支援具有軟開關的功率開關,但由於其窄增益限制,並不適用於寬輸出電壓範圍。而且,QR反激在不連續電流傳導模式下工作,且在所有輸出電壓範圍內都不能實現全軟開關。此外,變壓器漏感的損耗限制了實際的最大開關頻率。當設計人員想要實現高功率密度和小適配器尺寸時,上述不足就給功能的實現帶來了很大的限制。
 
有源鉗位反激(ACF)是一種可克服這些限制的新型諧振拓撲。與QR反激不同,ACF可實現軟開關和漏感能量回收。臨界導通模式ACF使用小型負磁化電感在整個負載範圍內實現零電壓開關(ZVS)。此外,輸出整流器可在關斷期間實現零電流開關(ZCS),這將降低整流器的反向恢復損耗,並提高電磁干擾性能。憑藉這些優點,可實現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適配器參考設計的電路包括基於UCC28056的前端轉換模式功率因數校正(PFC)電路,然後是基於UCC28780的用於隔離式DC / DC轉換的ACF。圖1是參考設計的詳細系統框圖。
   
圖1:AC/DC適配器參考設計系統框圖
設計人員最關注的特徵是無外殼的超高功率密度30 W/in3。首先,臨界導通模式ACF可以實現高開關頻率,使得RM8內核可用於變壓器。而且,由於具有超高轉換器效率,無需使用散熱器,從而既節省了空間,也提高了功率密度。圖2所示為AC/DC適配器參考設計電路板。
 
圖2:AC/DC適配器參考設計電路板
設計師關注的另一重要特徵是該設計的高效率。UCC28780實現了主開關的ZVS和次級整流器的ZCS。次級諧振配置形成初級電流波形,從而降低初級均方根(RMS)電流並顯著改善同步整流器操作。氮化鎵場效應晶體管用於ACF初級側開關,以提高效率,因為它們具有較小的寄生參數。通過在5 VOUT和9 VOUT下關閉PFC級,可進一步提高效率。圖3所示為參考設計的平均效率曲線。
 
圖3:AC/DC適配器參考設計平均效率曲線
 
總之,100 W AC/DC適配器參考設計為USB PD適配器提供了完整的解決方案,適用於任何100 W應用。高效率和高功率密度使該適配器具備更強大的性能且更加便攜。

其他資源

• 下載UCC28780和UCC28056資料表。
• 查看30 W / in3、94%效率、65 W USB Type-C™PD交流/直流適配器參考設計。
• 閱讀應用筆記:“使用有源鉗位反激式控制器(UCC28780)提高功率密度”。
• 請觀看視頻,瞭解有關UCC28780如何實現ACF拓撲和高功率密度的更多資訊。

 

 

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