过去和现在的 USB 充电器：Type-C 符合能效标准

1.前言

在计划写这篇文章时，我在百度搜索输入了“type-C”。自 2015 年以来，人们对该术语的兴趣一直在上升，如图 1 所示。

图 1. 趋势的兴趣（关键词：type-C）

USB Type-C设备在现实世界中也越来越受欢迎，许多流行的手机和平板电脑都采用了USB Type-C。我预计带有 USB Type-C 的产品将在未来几年快速增长。

2.为什么选择 15 瓦 (5V3A)？

除了具有不受方向影响的可翻转插头外，USB Type-C 还提供比任何以前的 USB 版本更多的功率。尽管 USB Type-C 可以支持高达 100W 的 USB 3.1 和 USB Power Delivery，但系统设计人员必须谨慎选择功能以保持其总体成本合理。 USB Type-C接口还引入了15W的原生功率能力，是标准USB 2.0充电速率的六倍。对于大多数智能手机和平板电脑来说，15W 可能就足够了，而且成本合理。 

现在最新的已经出现65W的快充电源。

二极管整流和 PSR 广泛用于适配器电流低于 2A

在以往的手机电源适配器中，正常的功率等级为5V/2A或以下。初级侧调节 (PSR) 通常用于 AC/DC 转换，因为它简单且能够消除光隔离器和可编程基准。由于负载电流不高，因此在此功率级别使用二极管整流器。图 2 显示了带有二极管整流的简单 PSR 原理图。

图2.UCC28704二极管整流的典型应用电路

对于具有设计挑战的 5V/3A 适配器，同步整流 (SR) 优于 PSR

PSR 节省了成本，因为它消除了对次级侧反馈元件和光耦合器的需求。然而，使用 PSR + SR 进行设计并不像仅使用 PSR 那样容易。

大多数 PSR 控制器会在次级二极管电流变为零时检测拐点处的辅助绕组电压，因为辅助绕组上的电压最接近 V OUT /Na，其中 Na 是辅助绕组与次级绕组。

如果使用SR，当体二极管在次级导通时间结束时导通时，辅助绕组上有一个电压突波，见图3。这个突波会影响PSR检测机制并导致稳定性问题，可能表现为异常波纹。

图 3. 辅助波形详细信息

3.如何让PSR+SR稳定

为了稳定 PSR + SR，UCC28704 的（PSR 控制器）数据表可以更轻松地与 SR 驱动器一起稳定工作。t BW、t DMAG和工作频率是需要仔细设计的参数。其中 t BW是 SR 凸块宽度，t DMAG是次级整流器导通时间

当使用具有 SR 的 UCC28704 时，决定最大开关频率的关键参数基于 t DMAG(min) 确定。t DMAG(min)需要大于 2.45μs，包括 750ns 的 SR 凸块宽度 (t BW )。内部电路需要750ns (t BW ) 以滤除由 VS 引脚波形上检测到的 MOSFET 体二极管导通引起的 SR 凸点变化。在恒流工作起点测得的相应开关频率不应大于55kHz。

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

按照指导，我做了一个5V/3A的板子，如图4。纹波在150mV以下，效率曲线如图5。

图 4. 通用 AC 输入至 5V/3A Ooutput 参考设计 DOE6 和 COC V5 第 2 层兼容 TI 设计 原理图

图 5. 效率曲线

在 115V AC和 230V AC输入的 150mΩ 电缆端测得的四点平均效率分别为 83.4% 和 83.2%。COC Tier 2 2016 合规性为 81.8%（满载）和 72.5%（10% 负载）。

即使使用 150mΩ 电缆，该板也能以足够的裕量满足 CoC Tier2 合规性要求。

4.概括

遵循 UCC28704 数据表中的指南，我们可以克服这些限制并制作低成本但对 USB Type-C 适配器具有足够高效率的 PSR + SR 设计。

UCC28704 离线反激控制器是一款高度集成的 6 引脚一次侧稳压脉宽调制 (PWM) 控制器，旨在设计符合全球效率标准的高效 AC 转 DC 电源。此控制器启动时的电流消耗超低，可使设计获得低于 30mW 的无负载输入功率，并且节省待机模式能耗。凭借智能一次侧感应和控制功能，无需使用光电耦合器或二次侧反馈电路即可将输出电压和电流控制在 5% 的变化范围内。

UCC28704 应用了增强型负载瞬态响应技术，有助于最大限度减小输出电容，从而减小系统整体尺寸并降低成本。此外，该控制器还免除了对环路补偿组件的需求，为电源设计人员简化了设计及调试过程。转换器的输出电压和电流会得到稳定性处理，以防出现可能损坏负载或连接器的过载状况。同样，恒流输出欠压保护 (CCUV) 关断特性会监控输出欠压故障以防止由于软短路问题而造成连接器过热或烧毁，从而大幅度提升系统整体可靠性。NTC 接口引脚有助于为电路板或组件施加过热保护。