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将电源适配器缩小一半 你只需TI的一个芯片组

2018-03-23 17:17:01 来源:半导体器件应用网 作者:张文灵

【大比特导读】John Stevens表示,采用德州仪器的UCC28780+ UCC24612有源钳位反激芯片组能够让传统电源适配器的尺寸缩小一半。

PC和笔记本电脑市场低迷多年,厂商现在都在变着花搞创新,然而电源适配器往往是被忽视的一环。如今笔记本电脑越来越薄,电源适配器仍旧是“傻大粗黑”。不过,形势正在变化,苹果、联想、华硕,甚至后进入笔记本电脑领域的华为、小米的最新产品都是采用更小巧的电源适配器。德州仪器最近表示,希望与更多的充电器和电源适配器一起推动小型化和节能化潮流。
 

笔记本电源适配器小型化

传统NB适配器与小型化产品对比

开关速度达到1MHz

319日,德州仪器高电压产品系统及应用工程经理John Stevens在接受《半导体器件应用》采访是表示,随着笔记本电脑和平板体积电脑越来越小,手机体积越来越大,充电电池需要具备大容量且长时间待机功能,并可进行快速充电。同时,市场又需要获得体积更小、具有更高输出功率的交流适配器。而传统准谐振反激式转换器一直是适配器首选拓扑,因为转换同样的功率时,它所需要的元件数量较少。但它已经来到了临界点。

德州仪器高电压产品系统及应用工程经理John Stevens(左)和德州仪器亚洲区模拟产品业务拓展总监吴渭强

德州仪器高电压产品系统及应用工程经理
John Stevens(左)和亚洲区模拟产品业务拓展总监吴渭强(右)

德州仪器亚洲区模拟产品业务拓展总监吴渭强解释道,一般而言,FET的开关频率直接影响适配器的大小、开关频率越高,适配器尺寸就越小。采用传统的准谐振反激式转换器时,像所有其他的开关电源拓扑一样,反激拓扑的工作方式也是以几百kHz的开关频率切换FET的开关状态。

但是开关频率越高,发热越大,发热越大就会需要散热片和更大的体积这会导致随着功率需求在增加,适配器的体积还是会变得更大。

John Stevens告诉《半导体器件应用》记者,这是因为当主边的FET关闭时,存储在电子变压器寄生电感里的能量会耗散在缓冲电路中。如果开关频率太高,这部分的功率损耗会大幅增加而导致充电器显著变热(如下图)。因此,要解决这个问题,首先要解决电子变压器的漏感。

电子变压器的漏感


德州仪器认为,有源钳位反激式能够解决这一问题。在有源钳位反激拓扑中,电子变压器漏感的能量并不会被耗散掉,而是会先被存储在钳位电容里,然后再被传递到输出端。

解决了发热问题后,有源钳位反激拓扑就能尽显风采了。因为,它的频率可以达到1MHz,而传统的开关频率只有几百kHz,因此就能够以最小的外形尺寸达到高性能。John Stevens表示,采用德州仪器的UCC28780+ UCC24612有源钳位反激芯片组能够让传统电源适配器的尺寸缩小一半。

因应苛刻能效标准

不过,解决了笔记本电脑电源适配器的轻薄细小化问题后,电源的设计人员还面临几个互相冲突的业界挑战,从新的USB Type C连接和USB PD (电力输送) 的输出是否符合法定的能效标准,一直到成本等相关问题。

以减少环境负荷为目的,充电时降低功耗已成为电源适配器研发的一个重要课题。20162月美国能源署开始实施的外接电源(EPS)能效标准修订版(LEVEL-VI)中,对6V以下的电源运行效率的要求提高了5.46%,提高电源能效的工作也变得十分重要。

John Stevens认为,UCC28780+ UCC24612有源钳位反激芯片组在这方面有三大优势。首先,

UCC28780通过创新的ZVS算法可以精准地抓取零点电压,在零电流下关断,以消除所有开关损耗,这是TI独到的优势。

其次,采用了GaN场效应晶体管的有源钳位反激式电路的转换效率高达94%-95%,大约比普通的硅基场效应晶体管提升了2%的效率。

第三,通过循环泄露能量并将其传递到输出端的方式提升效率,多模态控制在满载情况下可实现高达95%的效率,待机功耗小于40mW,超过CoC Tier 2和美国能源部(DoEVI级能效标准。

据介绍,德州仪器本次新推出的有源钳位反激式芯片组支持20W-150W的功率范围,主要面向高功率的市场。其中,对于75W以上的功率需求,TI还提供了一款UCC28056 PFC控制器。由于PFC(功率因子校正)的增加会降低转换效率,UCC28056可在10%负载下实现超过90%的效率,并且只有25mW的待机功耗,因而可以始终开启,减少元器件数量。UCC28056主要面向的市场是数字电视、台式电脑、笔记本适配器、电动工具和其他AC/DC应用。

 

本文由大比特资讯收集整理(www.big-bit.com)

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