電源提示：在 USB Type-C ACDC 應(yīng)用中偏置控制器

USB Type-C 標(biāo)準(zhǔn)允許使用標(biāo)準(zhǔn)電纜實(shí)現(xiàn) 5V 至 20V 范圍內(nèi)的可調(diào)輸出電壓和高達(dá) 3A 的負(fù)載電流。由于功率水平高達(dá) 60W，反激式仍然是拓?fù)涞牟诲e(cuò)選擇。然而，為初級(jí)側(cè)控制器提供偏置電源可能會(huì)帶來(lái)一些挑戰(zhàn)。

市場(chǎng)上主流的筆記本電腦體積正變得越來(lái)越小，智能手機(jī)的屏幕越來(lái)越大，與此同時(shí)，它們要求的功率卻越來(lái)越高，從而導(dǎo)致現(xiàn)在面臨一個(gè)問(wèn)題，就是AC-DC電源適配器的體積越來(lái)越大，攜帶越來(lái)越不方便。這就給當(dāng)前市面上主流的準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶來(lái)非常大的挑戰(zhàn)。

業(yè)內(nèi)第一個(gè)有源鉗位反激式控制器解決方案能夠很好地克服準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，它可以從三個(gè)方面幫助縮小電源和充電器解決方案的尺寸。第一個(gè)是能夠把開(kāi)關(guān)損耗降到最低的同時(shí)把EMI降下來(lái)。以適當(dāng)?shù)目刂沏Q位，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）。第二個(gè)是提升效率，通過(guò)循環(huán)泄漏能量并將其傳遞到輸出端而不是損耗掉，實(shí)現(xiàn)高于傳統(tǒng)反激式轉(zhuǎn)換器的效率。第三點(diǎn)則是通過(guò)實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，以更低的開(kāi)關(guān)能耗使開(kāi)關(guān)頻率更高，從而允許采用體積更小的無(wú)源元件。

反激變壓器上的輔助繞組通常為隔離邊界初級(jí)側(cè)的控制器供電。該繞組產(chǎn)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(huì)以 4 比 1 的倍數(shù)變化。實(shí)際上，考慮到由于振鈴導(dǎo)致的偏置電容器的峰值充電，實(shí)際范圍更寬。

我們必須設(shè)置從輸出繞組到輔助繞組的匝數(shù)比，以便偏置電壓足夠高，以便在輸出僅為 5V 時(shí)有效驅(qū)動(dòng)初級(jí) MOSFET。對(duì)于提供大約 12V 的驅(qū)動(dòng)，1 比 2.5（輸出與輔助）的比率可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。但是，這意味著當(dāng)輸出電壓為 20V 時(shí)，輔助電壓將超過(guò) 50V。顯然，我們必須采取措施保護(hù)控制器免受過(guò)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(gòu)成，兩個(gè)芯片加起來(lái)可實(shí)現(xiàn)一個(gè)非常高效率有源鉗位反激式方案，它的工作頻率高達(dá)1MHz，可幫助將AC/DC適配器和USB PD充電器的電源尺寸減半。對(duì)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(shè)備而言，TI新推出的bq25910 6A三級(jí)降壓電池充電器可在智能手機(jī)、平板電腦和電子銷(xiāo)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(dá)1MHz的頻率下實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)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(tài)控制在滿載情況下可實(shí)現(xiàn)高達(dá)95％的效率，待機(jī)功耗小于40mW，超過(guò)CoC Tier 2和美國(guó)能源部（DoE）VI級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于75W以上的設(shè)計(jì)，工程師還可以將芯片組與新款6引腳功率因數(shù)校正（PFC）控制器UCC28056進(jìn)行搭配。該控制器針對(duì)輕載效率和低待機(jī)功耗進(jìn)行了優(yōu)化，符合強(qiáng)制性國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)（IEC）61000-3-2 交流電流諧波限制規(guī)定。

· 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：通過(guò)使用自適應(yīng)零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）控制等功能，工程師可以通過(guò)結(jié)合電阻設(shè)置和自整定控制器，輕松設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

添加一個(gè)簡(jiǎn)單的鉗位電路（如圖 1 所示）提供了一個(gè)很好的解決方案。晶體管 (Q1) 必須具有相當(dāng)高的增益，以確保在輸出為 5V 時(shí)偏置電壓不會(huì)下降。鉗位電壓由齊納值 (D10) 設(shè)置?；鶚O電阻 (R27) 必須設(shè)置得足夠低，以便在輸出為 5V 時(shí)提供必要的基極電流，但不能太低?；鶚O電阻值過(guò)低會(huì)導(dǎo)致不必要的損失。

圖 1：需要一個(gè)鉗位電路來(lái)限制偏置軌上的電壓

乍一看，這種鉗位電路似乎會(huì)顯著增加待機(jī)（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(rèn)為 5V。當(dāng)輸出為 5V 時(shí)，鉗位電路幾乎不會(huì)增加額外的功率損耗。即使有了這個(gè)額外的鉗位，將待機(jī)損耗保持在 50mW 以下也相當(dāng)簡(jiǎn)單。

在設(shè)計(jì)用于 USB-C 供電的 AC/DC 適配器時(shí)，還有許多其他事項(xiàng)需要考慮；查看其他資源部分以了解更多信息。