USB充電器的過去與現在：Type-C達到能源效率標準
發布時間：2021-01-20 責任編輯：wenwei
【導讀】在計劃寫本篇博客時，我在穀歌趨勢中輸入了“Type-C”。如圖1所示，自2015年以來對這一詞語的興趣一直在上升。USB Type-C設備在現實世界中也越來越流行，許多流行的手機和平板電腦采用USB Type-C接口。我預計在未來幾年采用USB Type-C接口的產品將迅速增加。
圖1：穀歌趨勢上的興趣走勢圖（關鍵詞：Type-C）
USB Type-C設備在現實世界中也越來越流行，許多流行的手機和平板電腦采用USB Type-C接口。我預計在未來幾年采用USB Type-C接口的產品將迅速增加。
為什麼功率為15W（5V3A）？
除了具有正反都可插的插頭，USB Type-C可提供比以往任何USB版本更大的功率。雖然對於USB 3.1和USB充電，USB Type-C可支持高達100W的功率，但是係統設計者必須仔細選擇功能，保持合理的整體成本。
USB Type-C接口采用了15W功率，是標準USB 2.0充電速率的六倍。
對於大多數智能手機和平板電腦，15W已經足夠，而且成本合理。
二極管整流和PSR被廣泛用於電流低於2A的適配器
以前的手機電源適配器的正常的功率為5V/2A或更低。因為簡單，可以去除光隔離器和可編程基準，初級側調節（PSR）常常用於AC/DC轉換。因為負載電流不高，在這個功率水平上使用了二極管整流器。圖2為帶二極管整流的簡化PSR電路圖。
簡化電路圖
圖2：帶二極管整流的UCC28704典型應用電路
同步整流（SR）是解決5V/3A適配器PSR設計挑戰的最佳選擇
PSR消除了對次級側反饋元件和光學耦合器的需求，從而節省了成本。然而，采用PSR+SR的設計並不像隻使用PSR一樣簡單。
大多數PSR控製器會在次級二極管的電流變為零時檢測的拐點輔助線圈的電壓，因為輔助線圈上的電壓最接近VOUT/Na，其中Na是輔助線圈與次級線圈的比率。
如果使用SR，在次級導通時間結束後，體二極管導通時輔助線圈上會發生電壓凸點，請參考圖3。這凸點將影響對PSR檢測機製，引起穩定性問題，可能表現為異常紋波。
圖3：輔助線圈電壓波形細節
如何穩定PSR+SR
為了穩定PSR + SR，UCC28704（PSR控製器）數據表可以讓SR驅動器穩定工作變得更簡單，需要仔細設計的參數有tBW、tDMAG和工作頻率。其中tBW是SR凸點寬度，tDMAG是次級整流器導通時間。
當使用帶有SR的UCC28704時，決定最大開關頻率的關鍵參數是基於tDMAG（min）確定的。tDMAG（min）需要大於2.45μs，包括750ns的SR凸點寬度（tBW）。內部電路需要750ns（tBW）過濾掉VS引腳波形上檢測到的由MOSFET體二極管導通引起的SR凸點變化。
在恒流工作的起始點測得的相應開關頻率不應大於55kHz。
采用UCC28704（PSR控製器）和UCC24636（SR控製器）的5V/3A設計
根據上述指導原則，我設計了如圖4所示的5V/3A電路板。其紋波低於150mV，效率曲線如圖5所示。
圖4：符合OE6和COC V5 Tier 2標準的TI Design通用交流輸入至5V/3A輸出參考設計電路原理圖
圖5：效率曲線
在115VAC和230VAC輸入的150mΩ電纜端測量的四點平均效率分別為83.4％和83.2％。
COC Tier 2 2016標準要求為滿載時效率為81.8％，10％負載時效率為72.5％。
該電路板可以滿足CoC Tier2標準合規要求，即使使用150mΩ電纜也足以滿足標準。
總結
遵循UCC28704數據表中的指導原則，可以克服這些限製，製作出低成本的PSR + SR設計，同時對USB Type-C適配器具有足夠高的效率。
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