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。

EMI濾波器和整流器

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。