发布时间：2021-05-21 09:11:06 阅读量：308次
通用串联总线（USB）规格最新迭代版USB，3.1第二代有望改变IT、消费、工业和通用嵌入式电子设备交换数据和供电方式。此外，Type-C连接器可以代替许多其他形式的有线连接，在便携式消费设备领域呈现快速增长的趋势。
这可能与该规格的供电(PD)有关。随着Type-C连接器用于更多设备，用户对供电潜力的意识也会增加。
短期内，预计USB-PD将在线电源适配器中实施，最有可能用于高端笔记本电脑，这也符合提供更高电源转换能效的趋势。预计到2020年，大约一半的笔记本适配器将使用USB-PD。厂家也希望能优化电器的电源适配器，可能意味着输出功率在27到100W之间，也会影响设计。因此，如果制造商生产各种输出功率水平的适配器，提供设计灵活性的单一方案优先。
从交流(AC)转直流(DC)与转换有关，相关损失是不可避免的目前，有许多电源转换拓扑结构。一般来说，当成本被视为主要问题源效率不太重要的情况下，可以采用初级终端稳定(PSR)反激拓扑结构，特别是输出电力要求比较低，不需要严格的输出电压稳定。需要更高的输出功率时，为了获得更高的能源效率和更好的性能，通常优先于次级端稳定(SSR)准谐振(QR)反激拓扑结构。
主电源变压器后进行的这种形式的输出整流，一直以二极管为开关(图1)，但这也存在能效问题，主要是因为二极管的PN经历了正向压降。这个一般在0.7左右，虽然一般采用肖特基二极管可以将压力降到更接近0.3左右，但这还是损失。
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与肖特基二极管相比，低RDS(on)(约5~10m)的MOSFET
MOSFET的开关时序现已成为关键参数，导通和关闭延迟直接影响整体能效。由于控制器决定了MOSFET的状态，在选择合适的控制器时，控制器引起的切换延迟时间成为需要考虑的重要参数。
在USB-PD应用中，反激电源通常设计为连续导向模式(CCM)或准共振(QR)模式。在CCM中，SR控制器需要非常快地关闭MOSFET，以免在初级端发生任何破坏，有效地在初级端和次级端之间建立直接通道，因此功率MOSFET可能会发生非常高的瞬时电流。图3显示了典型的电路配置，其中M1位于初级端，M2位于次级端。
为了满足100W的USB-PD规格，选择的同步整流MOSFET为了应对必要的输出电压所需的电流水平，为了避免内部适配器温度上升到过高水平，控制器降低电流，使MOSFET能够在最短时间内关闭能力
决定何时关闭MOSFET，与测量设备泄漏极端的电压有关。如果控制器实施直接感应，则可以通过很少的附加部件实现；如果控制器没有实施直接感应，则需要额外的外部部件，这不仅增加了总成本，还会导致额外的延迟，从而降低整体能效。直接感应可以避免这种潜在的低能效，可以在导通和关闭期间使用。典型的情况下，控制器的直接感应引脚需要承受120次v或更高的电压用于USB-PD应用，为瞬态和异常情况下的瞬时电压峰提供足够的馀量。
应对功率需求的增加，涉及到传导MOSFET，因此在这种情况下，传导时间的延迟是很重要的，如果速度太慢，所需的电流就会通过MOSFET的体二极管，而不是通道，导致无用的功率损失和能效下降。
USB-PD适配器的另一个重要考虑是符合轻负荷和待机功耗限制，如CoCTier2和DoE级6。大多数地区经采用了这些或同等的标准。在没有负荷的情况下，电源需要能够检测到这一点，同时也可以向控制电路(例如USB协议芯片)供电，但仍保持在0.075瓦以下的输入功率。能以检测到这种情况，进入轻负荷模式的SR控制器可以帮助制造商满足这些要求。
选择符合这些要求的次级同步整流器控制器需要仔细考虑可用的方案。根据上述应用，适配器设计将优化特定的输出功率。可以提供这种灵活级别的控制器，可以用于多种适配器，可以通过提供可调节开关时间的控制器来实现，时间可以在设计时设置。
安森美半导体的NCP4306旨在为上述所有领域提供同类领先的性能。它提供了30ns的导向时间和仅13ns的关闭时间，最大化了同步整流器MOSFET的导向时间，消除了与初级开关交叉导向的风险。在设计上也能承受200V的直接感应电压。在7A的汇流下，控制器可以轻松驱动小于10mω的导通电阻MOSFET，满足相应的设计要求，使USB-PD电源适配器能够在高达100W的条件下工作。
NCP4306在设计上除了驱动经过试验和测试的中压MOSFET外，还有驱动氮化镓(GaN)的高电子转移率晶体管(HEMT)该同步整流器控制器可以为GaN提供稳定的驱动电压(典型值为5.v)，不会对门造成过压。不那样的话，设备可能会发生故障。这适用于在QR模式下或有源钳反激式拓扑结构中工作的超高密度电源适配器。该同步整流控制器的最大工作频率达到1MHz。图3显示了典型应用中的数控P4306。与可达500kHz的高频QR主控制器NCP1342一起使用时，峰值能效达到93.5%，功率密度接近20W/in3的USB-PD适配器设计。
该设备内部包括设置最小导向时间和最小关闭时间的隐藏周期的模块(见图4)，以对抗PCB布局和其他寄生部件引起的铃声两个分时参数都可以通过外部阻力进行调整，从而优化设计所需功率输出和所选功率元件。轻负荷检测(LLD)模块检测输出负荷下降时，电源在跳跃周期模式下工作时的开关脉冲频率下降，同步整流器控制器放入禁止模式。该控制器在该状态下消耗的电流非常低(通常为37mA)，使USB-PD电源适配器能够满足或超过CoCTier的要求。
图5显示控制直接感应功能的内部电路。开关连接到开关泄漏极端CS引脚的电压低于VTH_CS_ON门槛，同步整流器MOSFET-M1将导入。CS引脚的电压高于VTH_CS_OFF(通常为0.5mV)，MOSFET就会关闭。数控P4306的直接感应模块还配备了dvt/dt斜度检测器，以区分闲置状态下的谐振铃和实际主开关导通的情况。这对于不同输出电压和负载曲线的USB-PD设计尤为重要，有助于确保控制器在需要时能够激活MOSFET。
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选择正确的SR控制器对于设计优化的适配器至关重要，这种适配器不仅符合能效法规，还能满足消费者的严格要求。NCP4306代表了新一代SR控制器中第一个能够提供该级别性能和灵活性的产品。啊，啊，啊，啊，啊。
