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USB標準在不斷演進(jìn)，能效法規也在日趨嚴格。領(lǐng)先的電源半導體供應商安森美半導體利用在電源半導體領(lǐng)域的專(zhuān)長(cháng)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(mǎn)足市場(chǎng)需求，符合并超越能效標準，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) 拓撲，使用行業(yè)標準的超結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(guò)94%和92%。 USB PD、QC 3.0和QC 4.0簡(jiǎn)介 USB PD全稱(chēng)USB Power Delivery，即USB功率傳輸協(xié)議，支持同時(shí)進(jìn)行數據通信和高達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(xiàn)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)的控制器和驅動(dòng)器提供高能效、緊湊的ACF USB PD適配器方案 安森美半導體的65 W和90 W ACF USB PD適配器方案是現代電源適配器和電池充電器設計的重大進(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中國電子網(wǎng) (21ic.com)評選為2018年度Top 10電源產(chǎn)品獎，這是電子業(yè)備受認同的確定創(chuàng )新/高品質(zhì)產(chǎn)品的一個(gè)基準。 
圖1：緊湊的ACF USB PD適配器方案(65 W：左一、二；90 W：右) 這兩款ACF USB PD適配器方案都涵蓋5V 到 20V的PD 3.0規格和3.6 V至12 V/3 A的QC 3.0 Class A規格，用于需要兼容USB-PD或高通Quick Charge™規格的筆記本電腦、平板電腦和其他便攜式設備。其中65 W ACF USB PD適配器方案集成安森美半導體的ACF控制器NCP1568、高速半橋驅動(dòng)器NCP51530、同步整流控制器NCP4305、偉詮的WT6615F PD控制器，采用行業(yè)標準的超級結(SJ) FET，占板尺寸僅1.66” x 1.78” x 0.70”，功率密度達30 W/in^3；90 W ACF USB PD適配器方案集成安森美半導體的功率因數校正(PFC)控制器NCP1622、ACF控制器NCP1568、高速半橋驅動(dòng)器NCP51530、同步整流控制器NCP4306、偉詮的WT6615F PD控制器，采用行業(yè)標準的 SJ FET，占板尺寸僅2.48” x 2.48” x 0.82”，功率密度達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脈寬調制（PWM）控制器，采用ACF拓撲結構，包含零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS），用于要求高功率密度和高能效的高頻應用（高達1 MHz）。它能夠無(wú)縫過(guò)渡到非連續導電模式（DCM），提高輕載條件下的能效，使待機功耗低于30毫瓦（mW），符合全球能效監管標準。自適應ZVS頻率調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)驗證的超結FET或高性能氮化鎵（GaN）FET的ACF拓撲結構，外部器件更少，實(shí)現更高密度設計。NCP1568采用小型TSSOP-16封裝，具有多重保護功能。靜音跳躍功能消除工作時(shí)的可聞噪聲，這是室內電源適配器應用的一個(gè)基本需求。 NCP51530是700伏（V）高頻率、高邊與低邊驅動(dòng)器，可直接驅動(dòng)高性能電源應用中的兩個(gè)N溝道功率MOSFET。其特點(diǎn)是快速的動(dòng)態(tài)響應，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提供非常強固的方案，不易受dv/dt（高達50 V/ns）和負瞬態(tài)的影響。 偉詮的USB PD控制器WT6615F支持USB PD 3.0規范和QC 3.0，用于USB Type-C DFP下行端口(源)充電應用，通過(guò)集成USB PD基帶物理層、Type-C檢測、并聯(lián)穩壓器、電壓和電流檢測、負載開(kāi)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，實(shí)現小外形和低物料單(BOM)成本，支持3 V至30 V的寬工作電壓范圍，無(wú)需外部LDO，多次可編程的ROM可用于編輯程序代碼及用戶(hù)配置數據。 兩款方案都集成全面的保護特性，包括自適應輸出過(guò)壓保護、欠壓保護、過(guò)流保護、短路保護、電纜壓降補償、ACF開(kāi)環(huán)保護等，在實(shí)現高能效和高功率密度的同時(shí)確保高可靠性。 能效和性能測試 根據最新的COC V5 Tier 2標準，待機功耗、平均能效和10%負載能效需達到以下規格。
經(jīng)測試，65 W和 90 W ACF USB PD適配器方案峰值能效分別超過(guò)94%和92%，平均能效和10%負載能效也都符合并超越COC V5 Tier2標準，且紋波小，動(dòng)態(tài)性能佳。以90 W方案為例，能效測試曲線(xiàn)如下：
圖4：輸出為5 V時(shí)(電纜未插入)的 待機功耗低于75 mW
圖5：平均能效符合COC Tier2標準 在115 Vac和230 Vac的測試條件下，輸出20 V時(shí)，測得90 W ACF USB PD方案的滿(mǎn)載能效超過(guò)92%。在230 Vac的測試條件下，輸出5 V、0.5 A時(shí)的紋波低于100 mV。 總結 安森美半導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拓撲，高能效、低待機功耗，符合并超越COC V5 Tier2能效標準，使用行業(yè)標準的超級結FET，且工作的高頻率大幅縮減元件尺寸，實(shí)現高功率密度，全面的保護特性確保高可靠性和高強固性，紋波和動(dòng)態(tài)性能極佳，使設計人員能快速開(kāi)發(fā)出支持USB-PD和高通Quick Charge™規格的緊湊的、高能效電源適配器。 |
