h1_key

當(dāng)前位置:首頁 >新聞資訊 > 技術(shù)文章>安森美>安森美高能效、小外形的240W USB PD3.1 EPR適配器參考設(shè)計
安森美高能效、小外形的240W USB PD3.1 EPR適配器參考設(shè)計
2023-06-28 458次

  更大容量電池需具備相同或更快充電時間的趨勢正在加速USB-C PD采用更大的功率及更高的輸出電壓,USB PD組織發(fā)布了最新的USB PD3.1 EPR規(guī)范,使得最大的輸出達(dá)到48V 5A, 240W的功率。在設(shè)計USB PD適配器和充電器時,要滿足COC V5 Tier2 等最新的能效標(biāo)準(zhǔn),并考慮小型化設(shè)計以配合移動便攜式設(shè)備等輕薄短小但功能豐富多樣的趨勢。

  安森美(onsemi)最新推出的240 W圖騰柱PFC配合最新的高頻準(zhǔn)諧振 (QR)控制器所構(gòu)成的雙管反激變換器 USB PD3.1 EPR適配器和快充參考設(shè)計,模擬協(xié)議控制板支持所有PD 3.1 EPR固定輸出,在230Vac和48V輸出條件下,四點(diǎn)平均能效達(dá)到95.4%,在230Vac和48V5A時,效率高達(dá)96.2%, 待機(jī)功耗在100mW以下,遠(yuǎn)超COC V5 Tier2標(biāo)準(zhǔn),且PCBA尺寸僅89mm x 51mm x 21.5mm,功率密度為40W/立方英寸,并且采用低成本的雙層PCB設(shè)計,是下一代PD3.1 EPR智能手機(jī)快充、筆記本電腦適配器、電動工具快充等的理想選擇方案。

  

 

1:240W圖騰柱PFC配合高頻QR雙管反激 USB PD3.1 EPR適配器

 

  該方案的PFC使用NCP1680 CRM模式,具有谷底同步頻率反走的圖騰柱PFC控制器,配合2只65mohm的SJ FET和2只50mohm的iGaN組成高效的PFC電路,在90Vac和滿載情況下PFC的效率高達(dá)97%。在輕載模式下由后級電路產(chǎn)生skip脈沖信號輸入到NCP1680,使得PFC進(jìn)入強(qiáng)制skip待機(jī)模式,輸出電壓在額定值的94%和100%之間波動來降低開關(guān)損耗提高輕載效率。

  

 

 

2:240W圖騰柱PFC電路原理圖

 

  PWM部分使用安森美的NCP1345高頻QR反激式脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器,一只半橋驅(qū)動控制器NCP51530和2只iGaN組成雙管反激拓?fù)浼軜?gòu),使得變壓器可以采用大匝比,電源能近似工作在ZVS狀態(tài)并且漏感能量能被完全回饋到電源輸入端而達(dá)到非常高的轉(zhuǎn)換效率。同步整流控制器NCP4307支持高低電壓供電且外圍電路非常簡單,輸出整流采用120V,4hohm的SJ FET FDMS4D0N12C。

  提高工作頻率可縮小電源尺寸,該設(shè)計在PFC工作,輸出為390V、滿載的情況下,頻率達(dá)130~150 KHz,NCP1345 QR反激式拓?fù)?,采用專有的谷底鎖定電路,確保穩(wěn)定的谷底開關(guān),直至第6個谷底,隨著負(fù)載的進(jìn)一步降低,在空載和輕載時,NCP1345進(jìn)入Quiet Skip和反激式非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM),然后過渡到頻率反走模式,以減少開關(guān)損耗,提高空載和輕載能效。谷底鎖定和Quiet Skip實現(xiàn)領(lǐng)先市場的噪聲性能,且由于波形的諧波含量降低,電磁干擾(EMI)性能也得以改善,這可減少所需的EMI濾波器,從而降低成本。NCP1345固有的初級恒流控制使得能很方便的設(shè)計最大的恒流點(diǎn)即OCP保護(hù)值,這個OCP值在所有的輸入及輸出電壓范圍內(nèi)幾乎是固定值。另外NCP1345也提供高低電壓雙供電VCC端子以簡化VCC電路的設(shè)計。

  

 

 

3:240W雙管反激同步整流和模擬協(xié)議控制電路原理圖

 

  雙管反激變換器要求N*Vo的設(shè)計必須小于輸入電壓,否則會自動限制占空比導(dǎo)致OCP保護(hù),所以在變壓器的匝比的設(shè)計上確保5V,9V,12V時N*Vo小于90Vac時的最低輸入直流電壓,這樣在5V,9V,12V時可以關(guān)斷PFC來提高效率,在15V及以上輸出電壓時PFC一直工作以確保雙管拓?fù)淠苷9ぷ鳌?/span>

由于沒有合適的48V的協(xié)議控制器,所以用了431參考基準(zhǔn)配合DIP開關(guān)分立電路來產(chǎn)生輸出電壓控制采樣反饋及PFC控制電路來模擬PD3.1 EPR的工作狀態(tài),所有這些電路都設(shè)計在一個子板卡上以便未來更換PD子卡,模擬PD協(xié)議板的界面完全兼容當(dāng)前的協(xié)議界面。本參考設(shè)計目前只支持PD3.1 EPR固定的輸出電壓,暫不支持PD3.1 EPR AVS輸出,所以未來只要設(shè)計一個PD3.1 EPR協(xié)議子卡裝上就能支持完整的PD3.1 EPR輸出。

 

  能效測試

  該方案在230Vac和5V輸出沒接負(fù)載的情況下,輸入功率小于100mW, 待機(jī)功耗及48V下PF曲線如下圖。在5V小負(fù)載下的效率及各個輸出下0.25W的效率也很好。在115 VAC(藍(lán)色曲線)和230 VAC (紅色曲線)輸入電壓的平均能效和輕載(10%負(fù)載)能效,從下面曲線圖可看到都遠(yuǎn)高于COC V5 Tier 2平均能效標(biāo)準(zhǔn)和COC V5 Tier 2輕載能效標(biāo)準(zhǔn),由于PFC在5V,9V,12V時停止工作,所以可以看到這幾個電壓下效率較高,28V和48V滿載下的效率也非常高。

  

 

 

4:待機(jī)功耗和能效曲線

  

 

5:28V和48V的負(fù)載效率曲線

 

  安全保護(hù)功能和恒流控制

  該高頻QR USB PD方案集成豐富的安全和保護(hù)功能,包括:精密的瞬時過壓保護(hù)(OVP)、過流保護(hù)(OCP)、短路保護(hù)(SCP)、開環(huán)保護(hù)、X2電容放電等。

OVP保護(hù)可以通過ZCD腳外部的電阻來精確設(shè)定。OCP可以通過變壓器匝比,初級電流感應(yīng)電阻及NCP1345內(nèi)部的恒流電壓參考來設(shè)定精密的恒流輸出值得到。具體設(shè)計可以參考規(guī)格書。

 

  熱性能測試

  由于非常高的效率,該方案在沒有加任何導(dǎo)熱材料及主動散熱的情況下,靠自然散熱得到下列的熱成像圖,該熱成像圖是在滿載工作30分鐘后測得。

  

 

6:240W高頻QR USB PD3.1 EPR適配器參考設(shè)計熱成像

 

  • 設(shè)計三相PFC注意這幾點(diǎn)!
  • 對于三相PFC,有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),具體可根據(jù)應(yīng)用要求而定。不同的應(yīng)用在功率流方向、尺寸、效率、環(huán)境條件和成本限制等參數(shù)方面會有所不同。在實施三相PFC系統(tǒng)時,設(shè)計人員應(yīng)考慮幾個注意事項。
    2023-12-22 298次
  • 安森美與博格華納擴(kuò)大碳化硅戰(zhàn)略合作總價值超10億美元
  • ON(安森美)與提供創(chuàng)新可持續(xù)的車行方案的全球領(lǐng)先供應(yīng)商博格華納(BorgWarner,紐約證交所股票代碼:BWA),擴(kuò)大碳化硅(SiC)方面的戰(zhàn)略合作,協(xié)議總價值超10億美元。博格華納計劃將安森美的EliteSiC 1200 V和750 V功率器件集成到其VIPER功率模塊中。長期以來,雙方已在廣泛的產(chǎn)品領(lǐng)域開展戰(zhàn)略合作,其中即包括EliteSiC器件。
    2023-07-21 406次
  • 安森美三相 PFC 轉(zhuǎn)換器如何大幅提高車載充電器(OBC)功率
  • 在這里,三相 PFC 提供的輸出電壓被固定為 700 V(精度5%)。得益于 SiC 技術(shù),熱容量可以擴(kuò)展至更高的范圍。以 50 Hz、230 Vac 的輸入電壓為例,其最大可交付功率為 11 kW。
    2023-07-14 472次
  • 安森美將汽車圖像傳感器Hyperlux
  • 安森美將汽車圖像傳感器Hyperlux,意味著面對汽車行業(yè)圖像傳感器設(shè)計的各種挑戰(zhàn),安森美致力于在千變?nèi)f化的光照條件和極端情況下,依然實現(xiàn)“所見即所得”,讓汽車之眼看到的光真正做到安全可靠。
    2023-07-08 467次
  • 安森美推出了一款端對端定位系統(tǒng)
  • 智能電源和智能感知技術(shù)的領(lǐng)先企業(yè)安森美onsemi,推出了一款端對端定位系統(tǒng),讓設(shè)計人員可以更方便快速地開發(fā)出更高精度、更具成本效益、更省電的資產(chǎn)追蹤解決方案。該系統(tǒng)基于安森美的RSL15 MCU,這是業(yè)界功耗最低的Bluetooth? 5.2 MCU,并采用了Unikie和CoreHW的軟件算法和組件,形成一個全集成的解決方案,其組件已經(jīng)過優(yōu)化,可以協(xié)同工作。
    2023-07-04 394次

    萬聯(lián)芯微信公眾號

    元器件現(xiàn)貨+BOM配單+PCBA制造平臺
    關(guān)注公眾號,優(yōu)惠活動早知道!
    10s
    溫馨提示:
    訂單商品問題請移至我的售后服務(wù)提交售后申請,其他需投訴問題可移至我的投訴提交,我們將在第一時間給您答復(fù)
    返回頂部