安森美攜手偉詮電子推出高能效、高密度USB PD電源適配器方案

USB標(biāo)準(zhǔn)在不斷演進(jìn)，能效法規(guī)也在日趨嚴(yán)格。領(lǐng)先的電源半導(dǎo)體供應(yīng)商安森美半導(dǎo)體利用在電源半導(dǎo)體領(lǐng)域的專長(zhǎng)和偉詮在USB PD領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)，推出一系列高能效、高密度的USB PD電源適配器，滿足市場(chǎng)需求，符合并超越能效標(biāo)準(zhǔn)，如最近的65 W 超高密度USB PD適配器方案，支持USB Type-C接口PD 3.0和高通Qualcomm Quick® Charge 3.0TM Class A快充協(xié)議，最新的90 W 高密度USB PD適配器方案支持USB Type-C接口PD 3.0、QC4.0和PPS協(xié)議，采用有源鉗位反激(ACF) 拓?fù)?，使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的超結(jié)FET，功率密度分別為30 W/in^3和20.8 W/in^3，峰值能效分別超過94%和92%。

USB PD、QC 3.0和QC 4.0簡(jiǎn)介

USB PD全稱USB Power Delivery，即USB功率傳輸協(xié)議，支持同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和高達(dá)100 W的電力傳輸。

QC 3.0是高通第三代快充技術(shù)，其支持的總線電壓(VBUS) 范圍，Class A為3.6 V至12 V，Class B為3.6 V至20 V。高通的快充技術(shù)如今已發(fā)展到第四代即QC4.0，同時(shí)支持USB PD。

先進(jìn)的控制器和驅(qū)動(dòng)器提供高能效、緊湊的ACF USB PD適配器方案

安森美半導(dǎo)體的65 W和90 W ACF USB PD適配器方案是現(xiàn)代電源適配器和電池充電器設(shè)計(jì)的重大進(jìn)步。使用在65 W ACF USB PD 適配器中的核心芯片NCP1568 和NCP51530還獲《今日電子》(EPC)與21IC中國(guó)電子網(wǎng) (21ic.com)評(píng)選為2018年度Top 10電源產(chǎn)品獎(jiǎng)，這是電子業(yè)備受認(rèn)同的確定創(chuàng)新/高品質(zhì)產(chǎn)品的一個(gè)基準(zhǔn)。

圖1：緊湊的ACF USB PD適配器方案(65 W：左一、二;90 W：右)

這兩款A(yù)CF USB PD適配器方案都涵蓋5V 到 20V的PD 3.0規(guī)格和3.6 V至12 V/3 A的QC 3.0 Class A規(guī)格，用于需要兼容USB-PD或高通Quick Charge™規(guī)格的筆記本電腦、平板電腦和其他便攜式設(shè)備。其中65 W ACF USB PD適配器方案集成安森美半導(dǎo)體的ACF控制器NCP1568、高速半橋驅(qū)動(dòng)器NCP51530、同步整流控制器NCP4305、偉詮的WT6615F PD控制器，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的超級(jí)結(jié)(SJ) FET，占板尺寸僅1.66” x 1.78” x 0.70”，功率密度達(dá)30 W/in^3;90 W ACF USB PD適配器方案集成安森美半導(dǎo)體的功率因數(shù)校正(PFC)控制器NCP1622、ACF控制器NCP1568、高速半橋驅(qū)動(dòng)器NCP51530、同步整流控制器NCP4306、偉詮的WT6615F PD控制器，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 SJ FET，占板尺寸僅2.48” x 2.48” x 0.82”，功率密度達(dá)20.8 W/in^3。

90 W ACF USB PD適配器方案中還采用升壓跟隨電路，提升PFC控制性能，并能提升低工作電壓效率。

圖2：90 W USB PD電源適配器方案框圖

圖3：NCP1568、NCP51530、WT6615F示意圖

NCP1568是一款高度集成的AC-DC脈寬調(diào)制(PWM)控制器，采用ACF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包含零電壓開關(guān)(ZVS)，用于要求高功率密度和高能效的高頻應(yīng)用(高達(dá)1 MHz)。它能夠無縫過渡到非連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)，提高輕載條件下的能效，使待機(jī)功耗低于30毫瓦(mW)，符合全球能效監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。自適應(yīng)ZVS頻率調(diào)制提供可變輸出電壓，優(yōu)化USB-PD和快速充電的實(shí)施?？墒褂媒?jīng)驗(yàn)證的超結(jié)FET或高性能氮化鎵(GaN)FET的ACF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，外部器件更少，實(shí)現(xiàn)更高密度設(shè)計(jì)。NCP1568采用小型TSSOP-16封裝，具有多重保護(hù)功能。靜音跳躍功能消除工作時(shí)的可聞噪聲，這是室內(nèi)電源適配器應(yīng)用的一個(gè)基本需求。

NCP51530是700伏(V)高頻率、高邊與低邊驅(qū)動(dòng)器，可直接驅(qū)動(dòng)高性能電源應(yīng)用中的兩個(gè)N溝道功率MOSFET。其特點(diǎn)是快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，30納秒(ns)的傳播延遲適合高頻工作，而5 ns的傳播延遲匹配確保領(lǐng)先市場(chǎng)的能效性能。NCP51530提供非常強(qiáng)固的方案，不易受dv/dt(高達(dá)50 V/ns)和負(fù)瞬態(tài)的影響。

偉詮的USB PD控制器WT6615F支持USB PD 3.0規(guī)范和QC 3.0，用于USB Type-C DFP下行端口(源)充電應(yīng)用，通過集成USB PD基帶物理層、Type-C檢測(cè)、并聯(lián)穩(wěn)壓器、電壓和電流檢測(cè)、負(fù)載開關(guān)的MOSFET控制器和8位微處理器，最大限度地減少外部元件數(shù)，實(shí)現(xiàn)小外形和低物料單(BOM)成本，支持3 V至30 V的寬工作電壓范圍，無需外部LDO，多次可編程的ROM可用于編輯程序代碼及用戶配置數(shù)據(jù)。

兩款方案都集成全面的保護(hù)特性，包括自適應(yīng)輸出過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)、電纜壓降補(bǔ)償、ACF開環(huán)保護(hù)等，在實(shí)現(xiàn)高能效和高功率密度的同時(shí)確保高可靠性。

能效和性能測(cè)試

根據(jù)最新的COC V5 Tier 2標(biāo)準(zhǔn)，待機(jī)功耗、平均能效和10%負(fù)載能效需達(dá)到以下規(guī)格。

經(jīng)測(cè)試，65 W和 90 W ACF USB PD適配器方案峰值能效分別超過94%和92%，平均能效和10%負(fù)載能效也都符合并超越COC V5 Tier2標(biāo)準(zhǔn)，且紋波小，動(dòng)態(tài)性能佳。以90 W方案為例，能效測(cè)試曲線如下：

圖4：輸出為5 V時(shí)(電纜未插入)的 待機(jī)功耗低于75 mW

圖5：平均能效符合COC Tier2標(biāo)準(zhǔn)

在115 Vac和230 Vac的測(cè)試條件下，輸出20 V時(shí)，測(cè)得90 W ACF USB PD方案的滿載能效超過92%。在230 Vac的測(cè)試條件下，輸出5 V、0.5 A時(shí)的紋波低于100 mV。

總結(jié)

安森美半導(dǎo)體和偉詮電子合作推出的65 W和90 W ACF USB PD電源適配器方案采用ACF拓?fù)?，高能效、低待機(jī)功耗，符合并超越COC V5 Tier2能效標(biāo)準(zhǔn)，使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的超級(jí)結(jié)FET，且工作的高頻率大幅縮減元件尺寸，實(shí)現(xiàn)高功率密度，全面的保護(hù)特性確保高可靠性和高強(qiáng)固性，紋波和動(dòng)態(tài)性能極佳，使設(shè)計(jì)人員能快速開發(fā)出支持USB-PD和高通Quick Charge™規(guī)格的緊湊的、高能效電源適配器。