今天,我们主流的笔记本和平板电脑体积变得越来越小,手机的屏幕越来越大。同时,它们要求功率越来越高,从而导致现在面临一个问题,就是适配器的体积越来越大。适配器的发展已经到了临界点,主要的原因是市场要求功率越来越大,就导致了适配器的体积越来越大,携带越来越不方便。这就给当前市面上主流的准谐振反激式拓扑结构带来非常大的挑战。

有源钳位反激式拓扑结构能够很好地解决上述问题,能够在很小的体积内有很好的性能表现。日前,德州仪器(TI)发布了有源钳位反激式芯片组UCC28780 + UCC24612。德州仪器高电压产品系统及应用工程经理John Stevens先生日前在媒体说明会上告诉记者,该有源钳位反激式解决方案能够从三个方面帮助减小适配器的体积。

第一是能够在把开关损耗降到最低的同时把EMI降下来,以适当的控制钳位,实现零电压开关(ZVS)。

第二是提升效率,通过循环泄漏能量并将其传递到输出端而不是损耗掉,以实现高于传统反激式转换器的效率。

第三是通过实现更高的功率密度,以更低的开关能耗使开关频率更高且无源元件的体积更小。

他表示,有源钳位反激式控制器UCC28780和高频多模式同步整流控制器UCC24612这两个芯片加起来,成为一个非常高效率有源钳位反激式方案。TI通过一个非常高智能的方案来控制开关,能达到高的效率,超过CoC Tier2和DoE Level VI 这些重要的效率标准。

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芯片组有哪些优点?

芯片组UCC28780和UC24612的特点如下:

第一,它之所以可以达到非常高的功率且功耗减少约一倍,是因为其本身损耗非常低,并提供精准的控制功率输出。比如要输出30W,可确定功率范围在该值左右,不会有太多的裕量需求,这样可以使变压器缩小。

第二,高效率。它通过多模式控制实现非常高的效率,目前已经超过主要欧美国家的几大效率标准,比如欧洲的CoC Tier2和美国的DoE Level VI。

第三,设计简单。通过使用自适应零电压开关控制等功能,工程师可以很容易设计一个非常高效率有源钳位反激式的方案。

UCC28780有源钳位反激式控制器可以在非常高频率工作,提供1MHz GaN或Si FET的支持。如前所述,它提供非常精准的零电压开关并能够提供非常好的保护功能。这样可以把变压器和电容都优化下来,在可以减小体积之余,也是可以实现低成本,Stevens说。

UCC24612同步整流控制器则能够提供高性能并简化设计。其中,Si FET可以支持1MHz开关频率,通过普通规格的开关标准。同时,它具有宽电压操作范围及智能控制提供接近理想二极管仿真系统等特点。

结合UCC28780及UCC24612的芯片组,能够减少50%的占用空间,在满负载情况下提供95%的效率。还有一个重点是待机功耗小于40mW,因此可以在全世界每一个地方都符合当地待机标准。现在中国也非常重视节能,这是一个很重要的指标。

有源钳位vs准谐振:拓扑上有什么区别?

那么有源钳位和准谐振相比拓扑上又具有什么区别呢?当EDN记者赵明灿问到这个问题时,Stevens回答说,准谐振有个“准”字,说明它不是真的谐振。相较于准谐振而言,有源钳位可以很精确地把零电压找出来,允许很精准地通过零电压开关达到非常低的EMI和功耗;通过有源钳位把损耗的能量重新回灌到输出端去,完成它的提升。

这样又有两个好处:一是可以把散热降低,就可以实现无散热片和小型化等很多优点;二是一般的控制器反应时间不够快,速度没法达到那么高。(有兴趣的读者可访问TI官方微博,观看视频,其工作原理便一目了然。)

除了这两款芯片组成的芯片组之外,TI还推出了一款新的PFC控制器,帮助工程师设计达到最高效率、最低待机功耗并简化系统设计。“假如客户要设计一个很高功率比如60W的设计,TI也有一个最新的UCC28056 PFC能够满足他们的需求。UCC28056有最好的效率,在10%轻载的时候,还可以到90%以上的效果。待机功耗非常低,只有25mW,允许将PFC永远打开。”Stevens补充说,“以往的设计,在轻载或待机时PFC是断掉的,UCC28056则不需要,这是非常重要的功能。这个UCC28056跟UCC28780和UCC24612达成一个非常完美的组合,可以应用在从小功率到中功率(20W~150W)的变压器中。”

UCC28056的应用市场非常广,从数字电视、游戏台式电脑、适配器到电动工具以及其他AC/DC的应用。TI可以提供整套解决方案。

下图是一个简单的线路图以及评估板(EVM,评估模块)。UCC28056仿真的元器件非常小,可以把整个系统做得更小型,不管是小功率应用还是大功率应用,TI都有一整套高功率的系统可以支撑。

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另外,TI也提供评估板(相关的参考资料可以从该公司官网上下载)和其他资料(包括培训、工程师社区等等),并提供65W USB Type-C的参考设计。这个参考设计可以达到30W/in3的功率密度,实现92%的峰值效率。