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AC-DC技术如何满足USB-PD的发展趋势

2022/8/1 14:26:13      点击:
日前,安森美(onsemi)宣布推出一系列针对USB-PD的AC-DC控制器和驱动器,能显著减少高能效AC-DC电源的物料单(BOM)含量,尤其是在100 W 以上的负载范围。


EEWORLD采访了安森美先进方案部产品营销经理黎志远,在对话过程中,黎志远以安森美的产品为例,详细解读了AC-DC充电器的技术发展趋势与要求。以下是对话详情。


1 安森美如何看待充电器的发展?这一看似不起眼的市场对全球脱碳化的意义有多大?

黎志远:随着智能手机的发展, 充电器的输出功率越来越大,从十几年前的5 W -10 W充电器,发展到今天的超级快充/快充/USB PD充电器输出功率到100 W以上。在中国每个人几乎都有多于一台的手机,因此充电器的能效也对碳减排有着相当重要的影响。安森美的充电器方案一直致力于推动高能效小型化设计。例如:我司的100 W充电器方案运用了新一代的6 引脚功率因数校正(PFC)控制器 - NCP1623,具备有boost follower功能,在115 VAC 输入电压下,比其他传统PFC方案能效增加约2%,大大减少充电器的功耗。




100 W充电器方案采用NCP1345和NCP1623




2 能否简要介绍下安森美在充电器市场的历史和里程碑事件。


黎志远:这几年间大功率的USB PD旅行适配器和超级快充手机充电器发展非常迅速。由过去的18 W QC 2.0快速发展到今天65 W甚至100 W以上的USB PD Type C和超级快充。


而安森美一直致力在高效率高功率密度的电源方案不断发展,亦看准这市场机遇,早在多年前已开发业界第一款开关频率能达到 300 k或以上的准谐振反激控制器NCP1340,随后继续开发了能提升轻载能效的NCP1342,今年年初更推出了针对USB PD适配器设计,而简化了外围元件的新一代NCP1345,国内外不少知名的手机厂商的65 W,80 W 和100 W以上的超级快充充电器和知名品牌的多口USB PD旅行适配器都采用了我司的NCP134x系列。  


3 安森美的业务重心是工业和汽车,那么对于消费类电源市场而言,安森美的支持力度如何?


黎志远:在消费类电源市场,就例如我以上提到的高能效高密度USB PD旅行适配器和超级快充手机充电器,安森美除了不断开发针对该市场的PFC控制器、准谐振反激、有源钳位反激及同步整流控制器,还建立了一系列按照实际市场应用设计的评估板给客户参考,如65 W Type-C PD3.0/PPS充电器方案评估板、100 W Type-C PD3.0/PPS充电器方案评估板等。


65 W高频QR USB PD适配器和快充方案


4 和工业、汽车与云基础设施相比,充电器市场AC/DC的需求与技术发展有哪些差异化?安森美产品在充电器市场的卖点是什么?


黎志远:相比起其他应用的电源,手机充电器和USB PD适配器需要更小型化更便携,一个65 W甚至100 W以上的超级快充充电器USB PD适配器,最好跟从前的5 W/10 W的大小一样,甚至更少,所以挑战就是如何能再大大提升功率密度,MOSFET等功率器件和变压器、电容等器件需要体积更小,但同时损耗和温升也下降。


除此以外也要满足CoC V5 tier2及DoE等Energy Compliance的空载待机功耗,轻载能效及平均能效要求,在充电器或USB PD适配器应用,不是单一输出工作点,而是从3.3 V 到20 V整个输出范围,所以一个外型小小的充电器内里实在对开发人员的技术要求十分高。


而安森美的AC-DC控制器产品及方案,正是针对高能效高功率密度的路线不断持续开发发展,之前提及的NCP134x准谐振反激控制器,开关频率可达至300 khz以上,使开关电源的变压器和电容缩小,同时在不同PD输出都可以满足Coc V5 Tier 2和DoE的空载待机功耗,轻载能效及平均能效要求。


安森美的LLC控制器方案NCP1399x,开关频率也达到300 Khz,适用于150 W以上的高功率密度游戏笔记本和USB PD多口旅行适配器设计。而刚刚上市的图腾柱(Totem Pole)PFC控制器NCP1680,帮助开发人员解决在150 W以上的高密度充电器或旅行适配器上的整流桥功耗和散热问题,大大提升AC-DC电源的能效,使方案更小型化。


5 安森美认为未来充电器市场发展趋势有哪些?


黎志远:随着新发布的USD PD 3.1(EPR),USD PD输出可以提升到48 V/5 A,功率到240 W意味着USD PD的AC-DC适配器的应用范围更广。不仅是手机超级快充,游戏笔记本,甚至可用于智能显示屏到电动工具等。不同类型的便携设备都有机会用USB PD 3.1适配器。由于USB PD 3.1的可允许功率更高,输出电压更广,功率率密度更高,设计也面临更大挑战,安森美的应用工程师团队,针对这应用,在进行相关参考设计,会于不久将来发布。