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TI UCC28782制作小型化适配器

1.       快充推动适配器小型化

        近年来,随着手机快充技术与USB Type C PD的普及,手机和电脑笔记本等便携式电子设备的充电功率越来越大。在同样的功率密度下,功率增加必然带来手机和电脑笔记本适配器(以下简称:适配器)体积增加。然而,消费者总是希望适配器尽可能轻便小巧。以20W手机适配器体积75cm3,功率密度0.267W/cm3为例,功率增加到50W,保持同样功率密度的前提下,适配器体积将会增加到150cm3,消费者很难接受这么大的体积;如果要保持同样的体积,则功率密度需要增加到0.667W/cm3。由此可见,为了让适配器轻便小巧,必须不断提升功率密度才能实现。从下表是几种典型适配器功率密度对比。

几种典型适配器功率密度对比

Adapter

Power(W)

Size(cm3)

Density(W/cm3)

Lenovo 65W 口红适配

65

76.7

0.848

Xiaomi 65W GaN适配器

65

52.9

1.229

OPPO 50W 饼干适配器

50

20.8*

2.408*

*注:去除AC折叠头体积

 
2.       超高效率有源钳位反激拓扑ACF

        为了提升功率密度,必须尽可能提升电源效率和提高开关频率,软开关拓扑结构是达到以上目的的主要方法。传统适配器大多采用准谐振反激拓扑(Quasi Resonant Flyback,QR),也称为临界模式无源钳位反激(Transition Mode Passive Clamp Flyback,TM PCF)。准谐振反激具有结构简单、控制容易等优点,但是功率密度提升空间小,无法满足适配器小型化的要求。为此,业界一直在寻找支持超高功率密度适配器的新型拓扑。最终,有源钳位反激拓扑(Active Clamp Flyback,ACF)在众多拓扑中脱颖而出。ACF拓扑通过有源钳位的方式实现功率管软开关,既减小开关损耗,提高转换效率,又支持更高开关频率,充分发挥新型功率管氮化镓GaN的优势,且利于磁元件小型化。然而,相比QR拓扑,ACF拓扑对控制器Controller的要求也更高。只有使用合适的ACF Controller,才能充分发挥ACF的优势。

ACF与PCF的拓扑结构对比

3.       最新一代ACF Controller UCC28782详细解析

        UCC28782凭借优异的设计,在实现ACF拓扑高功率密度的同时,保持全电压范围全功率段高效率。先进的自动调节技术和死区控制可在宽输入电压和宽输出电压范围内均实现零电压开关(Zero Voltage Switching, ZVS)。多模式控制在保持高效率的同时,实现Burst mode音频噪声消除和输出纹波减小。通过可调开关频率(最高可达1.5MHz),集成Boost自供电电路,内置burst mode补偿电路和独特的EMI抖频功能,UCC28782减小外围器件体积并降低BOM成本。此外,UCC28782还具备X电容放电和IPC智能功率控制功能,配合同步整流控制器UCC24612可达到更高效率。下面重点介绍UCC28782的几个特色功能:

UCC28782典型应用框图

满载65W全电压范围效率曲线

集成Boost自供电电路(Integrated Biased Power),提高自供电电路效率

UCC28782集成Boost自供电电路,对比传统的1 winding+LDO和2 windings + LDO,节省外部器件,而且最关键的是在USB PD 3.0 3.3V~21V宽输出范围下,效率明显提升。

X电容主动放电(Active X-cap Discharge),提升空载效率

UCC28782具备X电容主动放电,可以避免被动式X电容放电电阻的损耗,有效提高空载效率。同时,XCD引脚还具备故障快速复位功能,在检查到AC line恢复之后,UCC28782会启动相应的复位动作。

智能功率控制(Intelligent Power Control, IPC),支持多模式控制

UCC28782拥有独特的智能功率控制(Intelligent Power Control, IPC)。通过配置IPC引脚,可以获得如下收益:(1) 减小轻载和空载损耗 ,比如实现空载输入损耗小于75mW;(2)改善低输出电压(如5V,9V)的轻载效率;(3) 减小低输出电压burst mode的输出电压纹波,对于需要恒流输出的应用,可有效减少电流纹波; (4) 减小低输出电压的过功率限制值;(5)配合S13引脚实现PFC启停控制(PFC Disable Control),大功率适配器(>=75W)在低输出电压(如5V,9V)可disable PFC进一步提升中低负载下的效率。


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