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100W USB电源适配器电路设计

发布时间:2020-06-04 发布时间:
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USB供电(PD)标准可通过USB供电,功率高达100 W,足以驱动笔记本电脑,显示器和DLP®电影放映机等高功率设备。

USB PD适配器传统上使用电感 - 电感 - 电容(LLC)或准谐振(QR)反激进行隔离式DC / DC转换。LLC的优势在于它可以使功率开关具有软开关,但由于其窄增益限制,因此不适用于宽输出电压范围。同时,QR反激在不连续电流传导模式下工作,并且在所有输出电压范围内都不能实现全软开关。此外,变压器漏感的损耗限制了实际的最大开关频率。当试图实现高功率密度和小适配器尺寸时,这些功能设置了坚固的上限。

有源钳位反激(ACF)是一种可以克服这些限制的新型谐振拓扑。与QR反激不同,ACF实现软开关并恢复漏感能量。临界导通模式ACF使用小的负磁化电感在整个负载范围内实现零电压开关(ZVS)。此外,输出整流器可以在关断期间实现零电流开关(ZCS),这将降低整流器的反向恢复损耗并改善电磁干扰性能。凭借这些优点,可以实现高频率和高效率的适配器。

TI 30 W / in3,93.4%效率,100 W AC / DC适配器参考设计的电路包括基于UCC28056的前端转换模式功率因数校正(PFC)电路,然后是ACF用于基于UCC28780的隔离式DC / DC转换。图1是参考设计的详细系统框图。

设计人员的最大特点是超高功率密度30 W / in3无外壳。首先,临界导通模式ACF使高开关频率运行成为可能,这使得RM8内核可用于变压器并且具有超高转换器效率,不需要散热器,这节省了空间并增加了功率密度更大。图2是AC / DC适配器参考设计板的图像。

设计师的另一个关键特性是这种设计的高效率。该UCC28780实现ZVS用于主开关和ZCS用于辅助整流器。次级谐振配置形成初级电流波形,从而降低初级均方根(RMS)电流并显着改善同步整流器操作。氮化镓场效应晶体管用于ACF初级侧开关,以提高效率,因为它们具有较小的寄生参数。通过在5 VOUT和9 VOUT下关闭PFC级,可以进一步提高效率。图3显示了参考设计的平均效率曲线。

总体而言,100 W AC / DC适配器参考设计为USB PD适配器提供了完整的解决方案,适用于任何100 W应用。高效率和高功率密度使适配器更强大,更便携。


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