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有源钳位反激，电源适配器的下一个演进 5 M0 V( L8 P/ K) m. y1 O) `% H
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( i1 B0 q2 L+ Z, x4 @( y$ U4 H0 D电源适配器在小型化过程中正面临很多挑战，例如如何确保每个充电器在满载、半载、轻载以及待机时都能实现高能效？如何在元器件数量减少的情况下，同时兼顾更高功率密度、散热管理与低抗电磁干扰(EMI)？等等。 6 {3 K& \: H; p9 i& S! l& l* U7 y
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为帮助用户解决这些问题，安森美推出了自适应有源钳位反激控制器NCP1568和700V半桥驱动器NCP51530，在拓扑结构、性能参数等方面进行了调整。其中，NCP1568 ACF控制器具备先进的功能和灵活的操作，同时使用了SJ FET或GaN FET，且只需少量外部器件就可实现高密度的设计。NCP51530驱动器则是一款高速、高性能、强固的电源方案，包括针对汽车应用的AEC Q-100认证选择。
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安森美USB PD电源适配器方案 4 q; ]9 H; a. v U- K. [! K
+ C$ |# O+ v* @$ T' o' H- F安森美半导体模拟方案部交流-直流电源管理高级市场推广经理蒋家亮表示，在传统的反激拓扑架构中，开关包含一个变压器和一个Mosfet，开关时产生的振铃会产生高频EMI。如果不想产生EMI，就需要周边的振铃电路来吸收，吸收掉就等于损耗掉，跑高频越多损耗越多，这就是传统的反激拓扑结构不能跑到高频的主因。 : W/ \3 X% i3 G% _+ Y* p" J h, t, I
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而在使用有源钳位反激架构之后，在上面多加一个Mosfet和一个电容，在同样有吸收能量的地方，当Mosfet关断时，全部能量会存储在电容里，有需要时再重新利用。只要把Mosfet的开关电压设置为零伏，下边的Mosfet就是零伏的电压开关，等于没有损耗。当Mosfet关掉时，可以把EMI损耗的能量全部重新利用，传递到二极管，等于整个电源转换过程不会有损失，这样既可以做高频，也可以实现低EMI，同时还会保持高能效，这就是有源钳位反激架构的优势。
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' X& P/ s% E. i4 W4 DNCP1568关键特性要点着重体现在以下三方面： ! c6 z: Y- f/ ~0 m5 J+ N2 K6 O) {& V
控制模式(包括自适应零电压开关频率调制支持可变的Vout、集成自适应死区时间和峰值电流模式控制)；非连续导通模式(DCM)及轻载模式(可选过渡至DCM模式；频率返走，最小31kHz的频率钳位；静音跳跃消除可闻噪声；待机功耗小于30Mw)；高压(HV)启动(700V HV启动JFET、集成高压开关节点检测以优化ZVS，内置欠压和X2放电)。
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1 }! G6 Y, o# c1 S) X在自适应零电压(ZVS)开关方面，由于USB Type-C和USB PD既面向5V手机，也面向20V笔记本市场，所以需要根据功率的不同对负载点开关进行优化，减少开关导通损耗。另一方面，自适应死区的时间也是确保每个周期开关保持最佳状态的方法。NCP1568会监测开关节点，当电压降至12V以下，则在30纳秒(ns)内切换至低边驱动器。如在约 400/600ns内未发生ZVS(OTP选项)，则低边驱动强制导通。此外，由于IC需要将周期调到轻载、待机部分，以前反激架构很难做到非常低的待机，可能有声音，通过这一功能，就可以实现静音跳跃消除可闻噪声的效果。 5 P5 @% Z- X9 K# F: z
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) _4 ]/ \3 R( @4 Q采用NCP1568 USB PD 65W超高密度演示板的电源适配器尺寸相当于iPhone8手机的1/3。演示板采用超结(SJ)FET，工作模式为有源钳位反激及DCM，满载能效在120V时可以达到94%，在230V时可以达到94.6%。
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NCP1568 USB PD 65W超高密度演示板能效 $ Z" P3 b4 q$ s1 f7 S+ ?' p, s
至于未来氮化镓功率管是不是也适用于有源钳位拓扑？蒋家亮表示，这取决于客户目标。目前氮化镓价格较贵，所以在高密度部分，如果能用普通超结Mosfet做到高密度，那就是首选方案。但他也同时强调说，如果拓扑结构无法适配高频，即便选用氮化镓也是浪费。目前来看，只有有源钳位或者LLC零电压切换的拓扑结构才可以适配高频，所以用户在选择时一定要理性。 , T9 l; ~/ p |" Q7 y8 {- Z
5 t1 h6 Q- z( |* u& I1 n下图是NCP51530性能对比图。作为目前全球跑得最快的半桥驱动器，NCP51530从信号到输出的延迟为7纳秒，爬升和下降时间短，驱动器温度保持在45度左右，与NCP1568配合使用，就能够做出高频高密度方案。 ; M9 ^, }# w7 l4 {+ b
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“安森美的IC方案非常有弹性，无论是60瓦、90瓦，甚至可能做27瓦。目前市场比较流行的12瓦标准的充电器，也可以做到27瓦，所以相对来说密度非常高。”蒋家亮说，目前有源钳位反激式拓扑结构还比较新，市场接受程度还不高，正是该拓扑结构推广的机遇。
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发表于 2018-12-26 08:00
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