基于ST-ONE數字控制器和MasterGaN2設計的65 W ACF USB PD之適配器應用方案STDES-65ACFADP 介紹

STDES-65ACFADP是一款用于USB Type-C的65W 有源箝位反激式適配器參考設計，在整個操作負載范圍和通用電源輸入電壓范圍內均顯示出高效性能。該參考設計為采用平面變壓器技術的緊湊型解決方案開辟了道路，并提供滿載時的峰值效率為93.7%。它還滿足CoC 2級和DoE 6級平均效率要求。軟開關拓撲有助于降低開關損耗，同時低靜態電流消耗使其成為同類產品中最佳的空載消耗。該DEMO板主要用ST-ONE數字控制器來實現專有的ZVS有源箝位反激，具有低RMS電流，從而實現了高性能。該控制器承諾提高廣泛的AC-DC適配器的效率，包括筆記本電腦和智能手機充電器，完全符合USB-PD 3.1。使用ST-ONE中嵌入的同步整流數字控制將二次損耗降至最低。初級側由于MasterGaN2的性能，降低了開關和傳導損耗，消除了反向恢復損耗，從而確保了更高的效率。高度集成的MasterGaN IC，所以無需再考慮GaN驅動的復雜性，即可享受GaN技術的好處，增強了應用的穩定性和PCB布局的簡化。

新型ST-ONE控制器基于先進的氮化鎵（GaN）半導體技術驅動ST MasterGaN功率輸出模塊。氮化鎵晶片可顯著節省能源并縮小設備尺寸。USB Type-C的設計者? 符合Power Delivery標準的適配器和壁裝充電器可以從ST-ONE+MasterGaN中受益，這是用于USB-PD充電器的最高功率密度解決方案。

MasterGaN 2的介紹：

MasterGaN的設計，展示了新款高集成度器件如何提高功率密度、能效，簡化產品設計，縮短上市產品上市時間。利用GaN功率晶體管的高能效，參考設計一次側采用無散熱器設計。此外，GaN晶體管的開關性能出色，工作頻率高于普通硅基MOSFET解決方案，因此可以使用較小的電磁元件和電容，實現更高的功率密度和更低的物料清單成本。ST的MasterGaN是集成一個STDRIVE半橋柵極驅動器和兩個650V增強型GaN晶體管，目前MasterGaN系列有對稱和非對稱配置的MasterGaN1/2/3/4/5，其中MasterGaN1/4/5是對稱配置集成了兩個上下管內阻一樣的GaN，采用9mm x 9mm的薄型GQFN封裝，封裝內部電路額定電壓最高650V，高低壓焊盤之間的最高爬電距離超過2mm。

MASTERGAN2是一款先進的封裝電源系統，集成了一個柵極驅動器和兩個不對稱半橋結構的增強型GaN晶體管。集成功率GaN具有650 V漏源阻斷電壓和150 m的RDS（ON）? 和225米? 分別用于低端和高端，而嵌入式門驅動器的高端可以很容易地由集成自舉二極管提供。MASTERGAN2在下部和上部驅動部分都具有UVLO保護功能，可防止電源開關在低效或危險條件下運行，聯鎖功能可避免交叉傳導條件。輸入引腳擴展范圍允許與微控制器、DSP單元或霍爾效應傳感器輕松連接。該器件采用緊湊的9x9毫米QFN封裝。工作溫度范圍在-40°C至125°C的工業級產品。

ST-ONE 的介紹：

ST-ONE是世界上第一個將基于Arm?Cortex?-M0+內核的可編程脫機電源控制器、內置64kB閃存、高壓啟動電路、同步整流控制器和USB電源傳輸（USB-PD）電路集成在一個軟件包中的具有二次側數字離線控制器，通過USB-PD 3.1 PPS 認證。它針對基于新型非互補有源鉗位反激拓撲的設計進行了優化，該拓撲在65 W以上的大功率設計中比其他拓撲具有更高的效率。專門用于采用智能充電解決方案（包括USB-PD）的有源箝位反激變換器。該設備在一次側包括一個有源鉗位反激控制器及其啟動，在二次側包括微控制器和控制轉換和通信所需的所有外圍設備。雙方通過嵌入式電隔離通信信道連接。設備在出廠時已加載固件，該固件處理電源轉換和USB-PD的通信協議，包括可選PPS和電子標記電纜管理、SCP、FCP和QC 3.0 HVDCP B級。通過使用非互補的有源鉗位反激和專用電源模式，該設備可以實現高效率和低空載功耗。專用內存存儲出廠過程中的默認設備配置。用戶可以更改或調整此存儲區域以符合最終產品規格。

Demo 板原理圖：

?場景應用圖

?產品實體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術優勢

1, 較少的外部輔助器件，集成32位 Cortex M0+ core 實現數控一體平臺；

2, 超高功率密度（30W/inch3），有利于產品小型化;

3, 高達1MHz的開關頻率操作，適用于GaN和平面變壓器;

4, 優化同步整流數字控制，嵌入式6 kV電氣隔離;

5, 內部嵌入式高壓啟動、X-CAP自放電線路和負載開關功能，各種安全保護線路；

6, 非常緊湊及簡單的PCB布板;

?方案規格

?通用輸入電源范圍：90 Vac至264 Vac-頻率47 Hz至63 Hz

?輸出電壓范圍：5 VDC-20 VDC

?PD輸出：–五個固定PDO: 5V@3A，9V@3A，12V@3A，15V@3A，20V@3.25A.

?輸出功率：20 V-3.25 A，最大65 W。

?形狀系數：54 mm（長）*31 mm（寬）*25 mm（高）

?效率：滿足CoC Tier 2和DoE Level 6效率要求，最高效率為93.7#0伏交流電壓65瓦

?ACF一次側和二次側的數字控制

?集成GaN IC MASTERGAN2

?緊湊、簡化的PCB布局，減少材料清單 ?符合EMC：CISPR32B/EN55032B

?平面變壓器技術，實現高功率密度