为100W USB电力输送适配器提供超高功率密度

USB电力输送(PD)标准支持通过USB进行高达100W的电力输送，该电力足以驱动笔记本电脑、显示器和DLP®电影放映机等高功率设备。

USB PD适配器通常采用电感-电感-电容(LLC)或准谐振(QR)反激进行隔离式DC/DC转换。LLC的优势在于其支持具有软开关的功率开关，但由于其窄增益限制，并不适用于宽输出电压范围。而且，QR反激在不连续电流传导模式下工作，且在所有输出电压范围内都不能实现全软开关。此外，变压器漏感的损耗限制了实际的最大开关频率。当设计人员想要实现高功率密度和小适配器尺寸时，上述不足就给功能的实现带来了很大的限制。

有源钳位反激(ACF)是一种可克服这些限制的新型谐振拓扑。与QR反激不同，ACF可实现软开关和漏感能量回收。临界导通模式ACF使用小型负磁化电感在整个负载范围内实现零电压开关(ZVS)。此外，输出整流器可在关断期间实现零电流开关(ZCS)，这将降低整流器的反向恢复损耗，并提高电磁干扰性能。凭借这些优点，可实现高频率和高效率的适配器。

使用德州仪器30W/in3、93.4%效率、100W AC/DC适配器参考设计的电路包括基于UCC28056的前端转换模式功率因数校正(PFC)电路，然后是基于UCC28780的用于隔离式DC/DC转换的ACF。图1是参考设计的详细系统框图。

图1：AC/DC适配器参考设计系统框图

设计人员最关注的特征是无外壳的超高功率密度30W/in3。首先，临界导通模式ACF可以实现高开关频率，使得RM8内核可用于变压器。而且，由于具有超高转换器效率，无需使用散热器，从而既节省了空间，也提高了功率密度。图2所示为AC/DC适配器参考设计电路板。

图2：AC/DC适配器参考设计电路板

设计师关注的另一重要特征是该设计的高效率。UCC28780实现了主开关的ZVS和次级整流器的ZCS。次级谐振配置形成初级电流波形，从而降低初级均方根(RMS)电流并显著改善同步整流器操作。氮化镓场效应晶体管用于ACF初级侧开关，以提高效率，因为它们具有较小的寄生参数。通过在5VOUT和9VOUT下关闭PFC级，可进一步提高效率。图3所示为参考设计的平均效率曲线。

图3：AC/DC适配器参考设计平均效率曲线

总之，100W AC/DC适配器参考设计为USB PD适配器提供了完整的解决方案，适用于任何100W应用。高效率和高功率密度使该适配器具备更强大的性能且更加便携。