發布日期：2022-04-22 點擊率：92
USB Type-C 標準允許使用標準電纜實現 5V 至 20V 范圍內的可調輸出電壓和高達 3A 的負載電流。由于功率水平高達 60W，反激式仍然是拓撲的不錯選擇。然而，為初級側控制器提供偏置電源可能會帶來一些挑戰。
市場上主流的筆記本電腦體積正變得越來越小，智能手機的屏幕越來越大，與此同時，它們要求的功率卻越來越高，從而導致現在面臨一個問題，就是AC-DC電源適配器的體積越來越大，攜帶越來越不方便。這就給當前市面上主流的準諧振反激式拓撲結構帶來非常大的挑戰。
業內第一個有源鉗位反激式控制器解決方案能夠很好地克服準諧振反激式拓撲結構帶來的挑戰，它可以從三個方面幫助縮小電源和充電器解決方案的尺寸。第一個是能夠把開關損耗降到最低的同時把EMI降下來。以適當的控制鉗位，實現零電壓開關（ZVS）。第二個是提升效率，通過循環泄漏能量并將其傳遞到輸出端而不是損耗掉，實現高于傳統反激式轉換器的效率。第三點則是通過實現更高的功率密度，以更低的開關能耗使開關頻率更高，從而允許采用體積更小的無源元件。
反激變壓器上的輔助繞組通常為隔離邊界初級側的控制器供電。該繞組產生的電壓與輸出電壓成正比。在輸出電壓范圍為 4 比 1 的情況下，偏置電壓也會以 4 比 1 的倍數變化。實際上，考慮到由于振鈴導致的偏置電容器的峰值充電，實際范圍更寬。
我們必須設置從輸出繞組到輔助繞組的匝數比，以便偏置電壓足夠高，以便在輸出僅為 5V 時有效驅動初級 MOSFET。對于提供大約 12V 的驅動，1 比 2.5（輸出與輔助）的比率可能是一個不錯的選擇。但是，這意味著當輸出電壓為 20V 時，輔助電壓將超過 50V。顯然，我們必須采取措施保護控制器免受過壓損壞。
這一芯片組由UCC28780有源鉗位反激式控制器和UCC24612高頻多模式同步整流器控制器構成，兩個芯片加起來可實現一個非常高效率有源鉗位反激式方案，它的工作頻率高達1MHz，可幫助將AC/DC適配器和USB PD充電器的電源尺寸減半。對于需要在小尺寸解決方案中最大化充電效率的電池供電電子設備而言，TI新推出的bq25910 6A三級降壓電池充電器可在智能手機、平板電腦和電子銷售終端（EPOS）中將解決方案尺寸減小60％。
有源鉗位反激式解決方案的三大性能特色是：
· 功率密度提高一倍：該芯片組可在高達1MHz的頻率下實現高效運行，與目前的解決方案相比，可將尺寸縮小50％，而且功率密度更高。
· 高效率：多模態控制在滿載情況下可實現高達95％的效率，待機功耗小于40mW，超過CoC Tier 2和美國能源部（DoE）VI級能效標準。對于75W以上的設計，工程師還可以將芯片組與新款6引腳功率因數校正（PFC）控制器UCC28056進行搭配。該控制器針對輕載效率和低待機功耗進行了優化，符合強制性國際電工技術委員會（IEC）61000-3-2 交流電流諧波限制規定。
· 簡化設計：通過使用自適應零電壓開關（ZVS）控制等功能，工程師可以通過結合電阻設置和自整定控制器，輕松設計系統。
添加一個簡單的鉗位電路（如圖 1 所示）提供了一個很好的解決方案。晶體管 (Q1) 必須具有相當高的增益，以確保在輸出為 5V 時偏置電壓不會下降。鉗位電壓由齊納值 (D10) 設置。基極電阻 (R27) 必須設置得足夠低，以便在輸出為 5V 時提供必要的基極電流，但不能太低。基極電阻值過低會導致不必要的損失。
圖 1：需要一個鉗位電路來限制偏置軌上的電壓
乍一看，這種鉗位電路似乎會顯著增加待機（空載）功率損耗。但是，在拔下 USB Type-C 電纜的空載情況下，輸出電壓默認為 5V。當輸出為 5V 時，鉗位電路幾乎不會增加額外的功率損耗。即使有了這個額外的鉗位，將待機損耗保持在 50mW 以下也相當簡單。
在設計用于 USB-C 供電的 AC/DC 適配器時，還有許多其他事項需要考慮；查看其他資源部分以了解更多信息。
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