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(qū)動筆記本電腦,、顯示器和DLP?電影放映機等高功率設(shè)備,。
USB PD適配器通常采用電感-電感-電容(LLC)或準諧振(QR)反激進行隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換,。LLC的優(yōu)勢在于其支持具有軟開關(guān)的功率開關(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)都不能實現(xiàn)全軟開關(guān),。此外,變壓器漏感的損耗限制了實際的最大開關(guān)頻率,。當設(shè)計人員想要實現(xiàn)高功率密度和小適配器尺寸時,,上述不足就給功能的實現(xiàn)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(xiàn)軟開關(guān)和漏感能量回收。臨界導(dǎo)通模式ACF使用小型負磁化電感在整個負載范圍內(nèi)實現(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS),。此外,,輸出整流器可在關(guān)斷期間實現(xiàn)零電流開關(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,可實現(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)計的詳細系統(tǒng)框圖。
圖1:AC/DC適配器參考設(shè)計系統(tǒng)框圖
設(shè)計人員最關(guān)注的特征是無外殼的超高功率密度30 W/in3,。首先,,臨界導(dǎo)通模式ACF可以實現(xiàn)高開關(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)計電路板,。
圖2:AC/DC適配器參考設(shè)計電路板
設(shè)計師關(guān)注的另一重要特征是該設(shè)計的高效率,。UCC28780實現(xiàn)了主開關(guān)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)電流并顯著改善同步整流器操作,。氮化鎵場效應(yīng)晶體管用于ACF初級側(cè)開關(guān),以提高效率,,因為它們具有較小的寄生參數(shù),。通過在5 VOUT和9 VOUT下關(guān)閉PFC級,可進一步提高效率,。圖3所示為參考設(shè)計的平均效率曲線,。
圖3:AC/DC適配器參考設(shè)計平均效率曲線
總之,100 W AC/DC適配器參考設(shè)計為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大的性能且更加便攜。