USB充電器的過去與現在之Type-C達到能源效率標準

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在計劃寫本篇博客時，我在谷歌趨勢中輸入了“Type-C”。如圖1所示，自2015年以來對這一詞語的興趣一直在上升。

USB Type-C設備在現實世界中也越來越流行，許多流行的手機和平板電腦采用USB Type-C接口。我預計在未來幾年采用USB Type-C接口的產品將迅速增加。

為什么功率為15W（5V3A）？

除了具有正反都可插的插頭，USB Type-C可提供比以往任何USB版本更大的功率。雖然對于USB 3.1和USB充電，USB Type-C可支持高達100W的功率，但是系統設計者必須仔細選擇功能，保持合理的整體成本。

USB Type-C接口采用了15W功率，是標準USB 2.0充電速率的六倍。

對于大多數智能手機和平板電腦，15W已經足夠，而且成本合理。

二極管整流和PSR被廣泛用于電流低于2A的適配器

以前的手機電源適配器的正常的功率為5V/2A或更低。因為簡單，可以去除光隔離器和可編程基準，初級側調節（PSR）常常用于AC/DC轉換。因為負載電流不高，在這個功率水平上使用了二極管整流器。圖2為帶二極管整流的簡化PSR電路圖。

簡化電路圖

圖2：帶二極管整流的UCC28704典型應用電路

同步整流（SR）是解決5V/3A適配器PSR設計挑戰的最佳選擇

PSR消除了對次級側反饋元件和光學耦合器的需求，從而節省了成本。然而，采用PSR+SR的設計并不像只使用PSR一樣簡單。

大多數PSR控制器會在次級二極管的電流變為零時檢測的拐點輔助線圈的電壓，因為輔助線圈上的電壓最接近VOUT/Na，其中Na是輔助線圈與次級線圈的比率。

如果使用SR，在次級導通時間結束后，體二極管導通時輔助線圈上會發生電壓凸點，請參考圖3。這凸點將影響對PSR檢測機制，引起穩定性問題，可能表現為異常紋波。

圖3：輔助線圈電壓波形細節

如何穩定PSR+SR

為了穩定PSR + SR，UCC28704（PSR控制器）數據表可以讓SR驅動器穩定工作變得更簡單，需要仔細設計的參數有tBW、tDMAG和工作頻率。其中tBW是SR凸點寬度，tDMAG是次級整流器導通時間。

當使用帶有SR的UCC28704時，決定最大開關頻率的關鍵參數是基于tDMAG（min）確定的。tDMAG（min）需要大于2.45μs，包括750ns的SR凸點寬度（tBW）。內部電路需要750ns（tBW）過濾掉VS引腳波形上檢測到的由MOSFET體二極管導通引起的SR凸點變化。

在恒流工作的起始點測得的相應開關頻率不應大于55kHz。

采用UCC28704（PSR控制器）和UCC24636（SR控制器）的5V/3A設計

根據上述指導原則，我設計了如圖4所示的5V/3A電路板。其紋波低于150mV，效率曲線如圖5所示。

圖4：符合OE6和COC V5 Tier 2標準的TI Design通用交流輸入至5V/3A輸出參考設計電路原理圖

圖5：效率曲線

在115VAC和230VAC輸入的150mΩ電纜端測量的四點平均效率分別為83.4％和83.2％。

COC Tier 2 2016標準要求為滿載時效率為81.8％，10％負載時效率為72.5％。

該電路板可以滿足CoC Tier2標準合規要求，即使使用150mΩ電纜也足以滿足標準。

總結

遵循UCC28704數據表中的指導原則，可以克服這些限制，制作出低成本的PSR + SR設計，同時對USB Type-C適配器具有足夠高的效率。

審核編輯：金巧