当USB PD被首次发布时,它基于六个电源配置文件,这些配置文件定义了可传输的电压和电流。然而,USB PD 2.0删除了配置文件,并支持采用一种更灵活的方法,使得电源可以支持从0.5 W到100 W的任何要求。
虽然USB PD提供的灵活性可能会减少所需的充电器数,但并不一定会减少单个充电器的大小,这给设计人员带来了挑战。电源适配器不仅必须与USB PD兼容,还必须以合理的成本增加功率密度。
实现这一目标的途径已经相当成熟,电源工程师直觉地意识到,提高效率是实现更高功率密度的关键。更高效的设计产生较少的余热,说明可通过更小的表面积来实现必要的耗散。为了提高能效,工程师们寻求高效的拓扑和改进的器件,特别是关键的开关器件。如果这些开关器件具有较低的动态损耗,则可以提高开关频率,从而减小如磁性器件等笨重器件的尺寸。
目前重点关注的一个领域是宽禁带器件,如氮化镓(GaN)FET,在低损耗、高温工作和快速开关频率方面提供许多优势。但这些设备仍然较新和相对昂贵。此外,它们还未经长期使用证实,因此,若要实现相当的结果,工程师们更愿意依赖经过试验和测试的硅基技术。
一种新兴的解决现代电源适配器需求的拓扑结构是有源钳位反激 (ACF)。这使用可变频率,使零电压开关(ZVS)的超级结(SJ)FET跨越多个负载和线性条件。这采用安森美半导体新的NCP1568 AC-DC ACF脉宽调制(PWM)集成电路(IC)实现。将这一新器件与新的NCP51530高性能2A、700 V半桥驱动器结合,为工程师提供一个平台,为今后的电源适配器设计奠定基础。
图1:NCP1568 ACF控制器
NCP1568作为控制器,提供智能的电源系统,能实现超高密度和高能效的电源设计。与ACF一样,控制器在非连续导通模式(DCM)下工作,提高轻载条件下的能效,同时待机功耗仅30 mW,使设计人员能够达到符合现代能效规范的要求,包括欧盟CoC Tier 2。该设计针对实施USB PD而优化,同时需要尽可能最少的外部电路。
工作频率从100千赫到1兆赫,使设计人员可缩小磁性器件尺寸,功率密度是传统的反激设计的两倍。该方案采用SJ FET,峰值能效达93.5%,工作频率达400 kHz。NCP1568还可与eGaN FET一起使用,以提高开关频率,从而更进一步提高功率密度。
NCP1568提供智能和控制,NCP51530是集成的高、低边驱动器,在达700 V的电压提供两个N沟道功率MOSFET的高效功率开关,从而在紧凑的空间实现高性能的电源方案。NCP51530适用于具有较短传播延迟以及快速上升和下降时间的高频工作。传输延迟(5ns)的严格匹配有助于提高所有应用的能效。