安森美半導(dǎo)體模擬方案部交流-直流電源管理高級市場推廣經(jīng)理蔣家亮_
細(xì)細(xì)回想就會發(fā)現(xiàn)，我們跟數(shù)字世界的聯(lián)系，大多數(shù)時候是依靠電池供電的，出行、旅游時就更加無法離開電池。但對大多數(shù)隨身數(shù)字設(shè)備來說，鋰電池的能量密度有限，能夠提供的能源供給也就在24小時左右，為了避免突然失去與數(shù)字世界的聯(lián)系，人們需要隨時隨地為設(shè)備進(jìn)行充電，很多商家發(fā)現(xiàn)了吸引顧客新方法，餐廳、商場、還有很多交通工具都提供了插座。在機(jī)場休息大廳，如果不是坐滿的情況下，電源插座附近的人總是最多。
除了方便找到插座，人們還希望，可以不用帶各種各樣的電源適配器，只帶一個，還要實現(xiàn)快速充電，比如30分鐘給手機(jī)充滿80%的電量，擁有快速充電QC3.0這種功能，成為很多智能手機(jī)的加分項。哦，這個適配器還要盡量輕便。
現(xiàn)在，USB-C（USB Type-C）接口已經(jīng)顯現(xiàn)一統(tǒng)江湖的趨勢，而與之一起配備的USB PD(Power Delivery)傳輸協(xié)議，正將各種充電需求統(tǒng)一起來。可以讓一個適配器適應(yīng)各種各樣設(shè)備，不同電壓，不同負(fù)載的充電需求。這比過去的電源適配器復(fù)雜多了！
難題留給了電源適配器的設(shè)計人員。
手機(jī)充電器的演進(jìn)
“過去看到的USB第一代、第二代、第三代或者以前有micro USB，插頭比較小，不能正反插。也看到過快充架構(gòu)，快充1.0、2.0、3.0，功率有限，還不到20瓦。快充4.0最多也30瓦，仍然是較小功率范圍。如果電源適配器具有USB Power Delivery(PD，供電)這種能力，就可以覆蓋到100瓦功率范圍，也就是一個Type-C的接口可以充100瓦的能力。我們可以用同樣USB Type-C接口的充電器充筆記本，也可以充手機(jī)，它的彈性非常大，非常廣。這也是為什么安森美半導(dǎo)體會在這個領(lǐng)域發(fā)展一些新的電源方案，來配合USB PD的架構(gòu)。” 安森美半導(dǎo)體模擬方案部交流-直流電源管理高級市場推廣經(jīng)理蔣家亮說
電源適配正在進(jìn)行改朝換代，有源鉗位反激式結(jié)構(gòu)是目前新一代電源適配器的技術(shù)發(fā)展方向，可以進(jìn)一步縮小電源適配器的體積，提供穩(wěn)定、高效、具有優(yōu)質(zhì)EMI表現(xiàn)的電源產(chǎn)品，如果與新材料技術(shù)，如GaN結(jié)合，還可以讓電源適配器效率更高，體積更小。
“有源鉗位在市場上已經(jīng)有很長的歷史了，反激架構(gòu)則比較新。”
有緣鉗位反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Active-Clamp Flyback，縮寫為ACF)，具有自適應(yīng)ZVS（Zero Voltage Switch零電壓開關(guān)），自適應(yīng)死區(qū)時間，可配置ACF/DCM轉(zhuǎn)換，可顯著增加電源的功率密度，輕松實現(xiàn)USB PD的100W功率傳輸需求。
2018年3月，安森美半導(dǎo)體推出全新的高密度電源適配器方案，用于需要兼容USB供電（USB PD）或高通Quick Charge™規(guī)格的筆記本電腦、平板電腦和其他便攜式設(shè)備。這一包含多項正待批專利的方案，包括有源鉗位反激（ACF）控制器NCP1568和一個相應(yīng)的高速半橋驅(qū)動器NCP51530。該方案是一個65 W 符合USB-PD的適配器，具有30 W/in^3的功率密度，以94.5%的峰值能效工作。這一方案的器件已于2018年第二季度量產(chǎn)。
通過包含高壓啟動，一個基于NCP1568的方案只需少量外部元件，降低待機(jī)能耗。此外，工作的高頻率使無源元件尺寸得以縮減，大幅提高功率密度。它能夠無縫過渡到非連續(xù)導(dǎo)電模式（DCM），進(jìn)一步提高輕載條件下的能效，使待機(jī)功率水平低于30毫瓦（mW）。這也使電源設(shè)計人員能通過全球能效監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。自適應(yīng)ZVS頻率調(diào)制提供可變輸出電壓，優(yōu)化USB-PD和快速充電的實施。
NCP1568 –自適應(yīng)有源鉗位反激控制器 NCP51530 –700V 半橋驅(qū)動器
目前市場上電源適配器的功率密度大約在10W/ in^3左右，而安森美的方案可以將功率密度提升至30W/ in^3，變壓體積只有原先方案的1/3。最終產(chǎn)品的體積和重量也有較大差異，而且無需使用昂貴的新材料就可以實現(xiàn)。
65W電源適配：新方案與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的對比
“氮化鎵（GaN）相對來說比較貴，所以在高密度的部分，如果能夠用到普通的超結(jié)MOSFET，也能做到高密度，那這就是首選的方案。同樣的，在那些不同的負(fù)載，基本上會達(dá)到90%或者94%的能效，在平均能效或者10%輕載的時候，也是目前能夠達(dá)到的能效指標(biāo)。”
此外，NCP1568靜音跳躍功能消除工作時的可聞噪聲，滿足安靜室內(nèi)環(huán)境的工作需求。NCP51530A/B是700伏（V）高頻率、高端與低端驅(qū)動器，可直接驅(qū)動高性能電源應(yīng)用中的兩個N溝道功率MOSFET。其快速的動態(tài)響應(yīng)，30納秒（ns）的傳播延遲，5 ns的傳播延遲匹配確保在高頻應(yīng)用中的效率表現(xiàn)。
目前三大筆記本電腦廠商每年出貨量達(dá)到1.5億臺，使用USB-C接口的產(chǎn)品2017年大約占總出貨量的20%，2018年預(yù)計達(dá)到30%，明年這是50%，也就是2019年，市場新增7500萬使用USB-C接口的臺筆記本。
“其中10%，也就是750萬臺將會使用高密度電源。目前適配器功率在45瓦左右，但60瓦電源適配器覆蓋范圍更廣，很快會成為主流，市場潛力巨大。”
幾乎在安森美發(fā)布新解決方案的同期，德州儀器也發(fā)布了同類結(jié)構(gòu)，UCC28780 1MHz有源鉗位反激式控制器。
安森美最新方案65W電源適配器 售價約500元
圖為采用安森美方案的65W電源適配器，長度不到10厘米，體積大約是2個iphone5電源的大小，目前售價略貴，約合人民幣500元。
透過USB PD規(guī)格的USB-C接口，一個輕便高效的電源適配器取代各式各樣傳統(tǒng)電源適配器的時代很快就要到來，或許比我們想象的更快。
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