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安森美半导体解读超高密度USB PD电源适配器设计

2018年10月29日14:22:00 本网站 我要评论(2)字号:T | T | T
关键字:应用 半导体 汽车 电源 电力 

 

 

日前,安森美半导体在京举办高密度USB Type-C PD电源适配器方案媒体交流会,模拟方案部交流-直流电源管理高级市场推广经理蒋家亮先生分析了适配器市场趋势,介绍了公司领先市场的超高密度USB PD电源适配器方案,包括ACF拓扑的优势、方案的能效、功率密度、性能参数等,并针对相关热点、技术等与媒体进行了交流和探讨。

 

功率密度和性能是适配器市场发展趋势

蒋家亮认为,随着对更多电力和更快充电的需求不断增加,便携式设备电源适配器在朝向更高能效和更高功率密度的方向发展,新一代USB Type-C标准支持最新的USB供电(PD)规格,电力传输最高可达100 W,正受到市场广泛关注。同时,电源适配器设计人员面临能效法规、热管理、电磁干扰(EMI)性能、兼容性等关键挑战。

他表示,作为半导体行业崭露头角的领袖,安森美半导体致力于配调资源和投资以在战略增长市场取胜,这些市场包括汽车、物联网(IoT)、高性能电源转换(HPPC)、电机控制。

谈到适配器市场趋势及安森美半导体有源钳位反激(ACF)方案,蒋家亮说,新一代手机已开始采用USB-C,而手机充电器的演进已将功率水平提升到对于15 W,功率密度对于10 W/in3。消费者需求更多电力加快充电,使得提供更多电力以更快充电和为大型电子设备供电的需求近年来迅速增加。

 

 

他认为,适配器方案的关键挑战在于,需要10%负载能效和平均能效的更高能效;更高功率密度及易于散热管理;抗电磁干扰(EMI)性能好,同时保持器件数少,能涵盖从手机到笔记本电脑等广泛的充电应用;具有高性价比。

 

超高密度适配器方案

为了应对上述挑战,安森美半导体推出了创新的高密度适配器方案NCP1568有源钳位反激式控制器可用于USB供电,包括NCP1568自适应有源钳位反激控制器和NCP51530 700V半桥驱动器。

 

 

那么为什么采用有源钳位反激拓扑呢?蒋家亮解释说,传统的反激拓扑可用于高频工作,变压器漏电被耗散在缓冲器/钳位电路中,难以在生产中控制和最小化;而且Mosfet的损耗应选择高RdsonFETCoss*V^2*Freq 高压耗散,但在90 Vac时降低了能效,可能需要更好的散热器。此外,EMI也是一个挑战,在EMI和缓冲器方案中,必须考虑在开关节点处的尖峰关断。

安森美半导体的USB PD电源适配器方案则可解决上述问题。有源钳位反激采用FET零电压开关及固定的开关频率,可以实现高开关频率,提升能效和EMI性能;软增加次级端电流,有利于EMI性能;具有干净的漏极波形,无任何振铃;因为循环使用漏电,因而能效更佳;单端拓扑采用比LLC相对简单的磁设计,以及次级端单开关/二极管。

 

 

安森美半导体提供关键的硅器件用于有源钳位反激(ACF)设计,包括NCP1568有源钳位反激脉宽调制(PWM)控制器和NCP51530高性能高低边MOSFET驱动器、NCP4306次级端同步整流驱动器,以及SUPERFET® MOSFET、桥式二极管、二极管等。这些可以组成一个系统方案。

 

 

据介绍,NCP1568具有以下一些关键特性:一是控制模式,自适应零电压开关(ZVS)频率调制支持可变的 Vout,集成的自适应死区时间,峰值电流模式控制;二是非连续导通模式(DCM)及轻载模式,可选过渡至DCM模式,频率返走,最小31 kHz 的频率钳位,静音跳跃消除可闻噪声,待机功耗 <30mW;三是高压(HV)启动,700 V HV 启动 JFET,集成高压开关节点检测以优化ZVS,内置欠压和X2 放电。

可以看到,安森美半导体AC-DC方案使适配器的尺寸减少了一半,实现了超高密度65W USB PD适配器。

 

 

此外,NCP51530对比竞争器件具有最低的空载电流性能,可以与NCP1568组成超高密度PD适配器一站式方案。

 

 

蒋家亮最后表示,电源适配器受三大市场动力推进,如需求更多的电力,迈向采用USB C PD标准,以及功率密度高于20W/inch3的超高密度电源适配器。而有源钳位反激是适配器的下一个演进,它具有自适应ZVS死区时间,可配置的ACF/DCM转换,可以显著增加功率密度,支持达100WUSB 供电。安森美半导体领先市场的方案包括NCP1568有源钳位反激PWMNCP51530 高性能MOSFET 驱动器,同时提供设计工具Simplis 模型和NCP1568 40W 5V/8A 10V/4A超高密度演示板,帮助电源设计人员快速实现超高密度电源适配器。

 

 

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