如何實現超高密度適配器設計？安森美半導體發(fā)布有源鉗位反激式控制器NCP1568

1992年諾基亞發(fā)布了第一部GSM手機，它的充電器功率僅為1~1.5W，當然它的功能也很簡單，屏幕也小小的;2007年蘋果發(fā)布了第一款iPhone，艷驚四座，它采用觸控UI，充電器的功率也達到了5W;而時至今日，手機承載了很多功能，譬如人工智能計算，導航，視頻通話...等等，功耗越來越大，電池容量也越來越大，相應的也開始使用USB-C的協(xié)議供電，達到了18W的充電功率。不只是手機，所有的終端電子產品正在向著更高功率密度和更高功率水平邁進，USB PD的供電能力也備受推崇。安森美半導體適時地推出了許多新的電源方案，來配合USB PD的架構。

近日，安森美半導體召開了USB Type C及供電(PD)方案媒體交流會，安森美半導體模擬方案部交流-直流電源管理高級市場推廣經理蔣家亮先生對于新產品進行了精彩的演講。

為何要選擇有源鉗位反激拓撲?

如何設計出體積又小，充電速度又快的適配器?那就必須從功率密度和開關頻率上去下手，在這兩個參數上盡可能地做到更高。蔣家亮先生介紹到：“頻率的高低將影響到變壓器的大小。”如下圖所示，以一個60W的 USB PD設計來看，采用更高頻率和功率密度器件的RM8 LP變壓器的尺寸僅為RM10變壓器的1/3。

圖：安森美半導體USB PD電源適配器方案

傳統(tǒng)的反激拓撲架構的開關內有變壓器和MOSFET，開關的時候會產生振鈴，振鈴將引起振鈴回路的損耗，造成器件發(fā)熱和降低效率。振鈴同時還會產生很多高頻EMI。想要把這些高頻EMI吸收掉，就需要周圍有振鈴電路來吸收，這樣就造成了電能的損耗。相應的，如果需要電源的設計體積越小，那么開關頻率就要越高，這樣就會帶來更多損耗。

據蔣家亮先生介紹，有緣鉗位反擊拓撲中，會多增加一個MOSFET，多增加一個電容，但同樣有吸收能量的地方。當MOSFET關閉的時候，全部的能量都可以送到電容中存儲起來，可以重新利用。每一個開關都是零電壓開關，因此并沒有損耗。在關掉的時候，也可以將會產生EMI損耗的能量全部重新利用。有源鉗位拓撲結構這樣既實現了高頻，又能保證低EMI。

更智能的IC，自適應零電壓開關和死區(qū)時間

此次發(fā)布會介紹的NCP1568屬于有源鉗位反激控制器，它具有諸多特點。下面來給大家一一介紹。首先就是控制模式方面，NCP1568具備自適應零電壓開關，隨著輸出電壓頻率發(fā)生變動。因為在未來USB PD的使用場景中，因為接口的統(tǒng)一，同一個適配器可能既要給大功率的電腦充電，又要給低功耗的手機充電，所以就要保證其適配器在寬功率范圍內，都能保證非常高效的能量轉換。蔣家亮先生表示，NCP1568內通過對負載點的開關優(yōu)化，減少開關的開通損耗;而且還集成自適應的死區(qū)時間，能夠將一個開關操作做的非常完美。

另外，NCP1568還又一個導入模式。據蔣家亮先生介紹，有源鉗位不能從零負載到滿負載都是ACF狀態(tài)，需要找到一個點，能夠實現IC自動切換從ACF到非連續(xù)導電模式(DCM)，這時電源可以將輕載和待機再熱化。因為內嵌啟動部分，又有輸入的欠壓保護，又可以將ACF模式頻率反走，所以NCP1568的待機功率可以做到小于30mW。

上圖是有無自適應零電壓開關的比較圖，可以看到因為自適應零電壓開關的存在，在每個開關周期內，損耗都可以做到更小，基本實現零損耗。

當然，包含NCP1568在內，安森美提供了一整套的ACF設計方案。其中包括MOSFET、整流器和二極管等等，安森美還提供了一款NCP1568 USB PD 90W超高密度演示板，可以在現在30W USB適配器的體積上做到高達90W的功率密度， 而在現在標準的5V 12W的適配器的體積上，使用NCP1568可以做到27W的USB PD快充解決方案。

有源鉗位反激將會是適配器的下一個嚴謹趨勢，安森美NCP1568可以自適應ZVS、死區(qū)時間，可配置ACF/DCM轉換，能夠實現高達100W的供電。隨著目前適配器小型化高功率密度化的演進，相信NCP1568將會迎來大量應用。

安森美半導體模擬方案部交流-直流電源管理高級市場推廣經理蔣家亮