德州儀器：為100w usb電力輸送適配器提供超高功率密度

usb 電力輸送(pd)標準支持通過usb進行高達100w的電力輸送，該電力足以驅動筆記本電腦、顯示器和dlp®電影放映機等高功率設備。

usb pd適配器通常采用電感-電感-電容(llc)或準諧振(qr)反激進行隔離式dc/dc轉換。llc的優(yōu)勢在于其支持具有軟開關的功率開關，但由于其窄增益限制，并不適用于寬輸出電壓范圍。而且，qr反激在不連續(xù)電流傳導模式下工作，且在所有輸出電壓范圍內都不能實現(xiàn)全軟開關。此外，變壓器漏感的損耗限制了實際的最大開關頻率。當設計人員想要實現(xiàn)高功率密度和小適配器尺寸時，上述不足就給功能的實現(xiàn)帶來了很大的限制。

有源鉗位反激(acf)是一種可克服這些限制的新型諧振拓撲。與qr反激不同，acf可實現(xiàn)軟開關和漏感能量回收。臨界導通模式acf使用小型負磁化電感在整個負載范圍內實現(xiàn)零電壓開關(zvs)。此外，輸出整流器可在關斷期間實現(xiàn)零電流開關(zcs)，這將降低整流器的反向恢復損耗，并提高電磁干擾性能。憑借這些優(yōu)點，可實現(xiàn)高頻率和高效率的適配器。

使用德州儀器30 w/in3、93.4%效率、100 w ac/dc適配器參考設計的電路包括基于ucc28056的前端轉換模式功率因數(shù)校正(pfc)電路，然后是基于ucc28780的用于隔離式dc / dc轉換的acf。圖1是參考設計的詳細系統(tǒng)框圖。

圖1：ac/dc適配器參考設計系統(tǒng)框圖

設計人員最關注的特征是無外殼的超高功率密度30 w/in3。首先，臨界導通模式acf可以實現(xiàn)高開關頻率，使得rm8內核可用于變壓器。而且，由于具有超高轉換器效率，無需使用散熱器，從而既節(jié)省了空間，也提高了功率密度。圖2所示為ac/dc適配器參考設計電路板。

圖2：ac/dc適配器參考設計電路板

設計師關注的另一重要特征是該設計的高效率。ucc28780實現(xiàn)了主開關的zvs和次級整流器的zcs。次級諧振配置形成初級電流波形，從而降低初級均方根(rms)電流并顯著改善同步整流器操作。氮化鎵場效應晶體管用于acf初級側開關，以提高效率，因為它們具有較小的寄生參數(shù)。通過在5 vout和9 vout下關閉pfc級，可進一步提高效率。圖3所示為參考設計的平均效率曲線。

圖3：ac/dc適配器參考設計平均效率曲線

總之，100 w ac/dc適配器參考設計為usb pd適配器提供了完整的解決方案，適用于任何100 w應用。高效率和高功率密度使該適配器具備更強大的性能且更加便攜。

其他資源

下載ucc28780和ucc28056數(shù)據(jù)表。

查看30 w / in3、94%效率、65 w usb type-c?pd交流/直流適配器參考設計。

閱讀應用筆記：“使用有源鉗位反激式控制器(ucc28780)提高功率密度”。

請觀看視頻，了解有關ucc28780如何實現(xiàn)acf拓撲和高功率密度的更多信息。

文章錄入：ql 責任編輯：楊瑩瑩