USB供電設計采用4開關降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

時間：2018-05-17 16:58:54

關鍵字： USB 升降壓轉(zhuǎn)換器

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[導讀]USB已從供電有限的數(shù)據(jù)接口，發(fā)展為帶有一個數(shù)據(jù)接口功能的重要供電部件。最新的USB 3.x協(xié)議支持更高水平的功率通量。默認電壓為5V，USB-C端口能與插入的設備“協(xié)商”，將端口電壓提高至20V。

USB已從供電有限的數(shù)據(jù)接口，發(fā)展為帶有一個數(shù)據(jù)接口功能的重要供電部件。最新的USB 3.x協(xié)議支持更高水平的功率通量。默認電壓為5V，USB-C端口能與插入的設備“協(xié)商”，將端口電壓提高至20V。

新供電要求中的一項獨特挑戰(zhàn)是如何使用一個4.5V-32V輸入電壓來提供一個5V-20V直流總線。一個4開關降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是合適的拓撲結構，提供降壓或升壓電源轉(zhuǎn)換，因其可提供設計人員和客戶所需的寬電壓轉(zhuǎn)換范圍、正極性、高能效和小尺寸方案。安森美半導體用于USB供電和USB-C應用的NCP81239 4開關降壓-升壓控制器可以驅(qū)動4個開關，使轉(zhuǎn)換器能夠降壓或升壓，并支持用戶滿足USB供電(PD)規(guī)格，該規(guī)格適用于所有USB PD應用，如PC /筆記本電腦、移動電源和擴展口。

在同步降壓轉(zhuǎn)換器中，有個現(xiàn)象眾所周知，它稱為“低端誤導通”或“dv/dt電感導通”，這是造成擊穿的罪魁禍首，有可能損壞開關并降低整個轉(zhuǎn)換器的可靠性。

然后，這一問題在4開關降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中翻了一番，因為它有兩個階段——降壓和升壓。當設計人員直接將降壓轉(zhuǎn)換器的電路參數(shù)復制到4開關降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的升壓段時，就會產(chǎn)生錯誤。隨著這種拓撲結構在應用中越來越受歡迎，了解dv/dt電感導通問題變得越來越重要。

在4開關降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中，dv/dt電感導通是由同步整流MOSFET在降壓段和升壓段快速升高的漏源電壓引起的。由于不需要的擊穿電流流過任一相橋臂，結果導致整個系統(tǒng)能效下降。電源設計人員可采用幾種經(jīng)濟的電路方案，包括最小化整流開關的關斷門極驅(qū)動電阻，增加有源開關的導通門極驅(qū)動電阻，或在開關節(jié)點加入RC緩沖電路。選擇具有低Qgd/Qgs(th)比率和高閾值電壓的MOSFET也可降低dv/dt電感誤導通的可能性。