TI推出首款可量产有源钳位反激式控制器，电源尺寸减半

shuszhao · 发表于 2018-3-20 22:48:16

智能手机等移动设备对AC-DC适配器功率增大的需求和尺寸缩小的要求是矛盾的，电源IC厂商必须想出新的办法，开发出更加小型化的适配器...

近年来，快速充电技术的发展让智能手机充电速度大幅提升，“充电五分钟，通话两小时”更是成为vivo的经典广告词。快充技术本质上是提升充电功率，功率需求的增加，意味着产生移动性受限的更大的AD-DC适配器。对于这个趋势，很多电源IC厂商都致力于开发缩减电源尺寸的方案。
3月19日，TI（德州仪器）新推出市面上第一个款量产的UCC28780有源钳位反激式控制器，以及第一个专门设计的UCC24612同步整流器控制器片组，这两者的结合能将开关的工作频率提高到1MHz，帮助将AC/DC适配器和USB PD充电器的电源尺寸减半。

TI高压电源解决方案副总裁Steve Lambouses表示：“消费者希望以更小的尺寸实现更快速的充电，这些新解决方案不仅能够实现这一目标，而且还能使设计人员以更低的功耗实现比之前更多的功能。”

有源钳位反激:以更小空间释放更多电力

对于AC-DC电源，由于简单，反激式转换器是首选的拓扑结构。理论上来说，开关频率越高电源的尺寸越小，因为缩减了变压器以及电容电感等无源器件的体积。但实际上，太高的开关频率会导致更多的变压器漏感，以热能的方式散发出来，不但影响转换效率，还易损坏元器件。因此，市面上的反激式开关电源的工作频率大多在几十KHZ，而此次TI发布了高达1MHZ的UCC28780有源钳位反激式控制器。与UCC28780一同搭配的是UCC24612同步整流控制器，同样支持高达1MHZ的开关频率。
“准谐振反激器一直是首选的拓扑结构，以往业界都是通过减小变压器漏感来缩减电源尺寸。直到现在，我们认为有源钳位反激打破了这个平衡，有源钳位可存储能量并将其传输至输出，并提供零电压开关，这样消除了两大主要损耗来源，使得尺寸大大缩小。”TI系统及应用工程经理John Stevens说道。

但细节是关键，因为如果有源钳位得不到智能控制，它实际效果会变差。为此，TI专门为有源钳位反激电路开发了高达1MHZ的智能控制器UCC28780，让反激式电源以更小的外形尺寸达到高性能。
UCC28780+ UCC24612的优势主要体现在以下三个方面：
第一，消除开关损耗并降低EMI，以适当的控制钳位，实现零电压开关。值得一提的是，零电压开关（ZVS）技术被视为由高频及更高效率要求而带来的所有挑战的应对妙法，其原理是在零电压下导通，在零电流下关断，以消除所有开关损耗。但在实际应用中，电路设计者只能估算何时出现零电压和零电流，因而零电压开关很难实现完美同步。John Stevens表示，UCC28780通过创新的ZVS算法可以精准地抓取零点电压，进而降低开关损耗。

此外，UCC28780还支持氮化镓（GaN）场效应晶体管（FET），进一步降低输出电容和导通电阻，缩减适配器尺寸。据了解，采用了GaN场效应晶体管的有源钳位反激式电路的转换效率高达94%-95%，大约比普通的硅基场效应晶体管提升了2%的效率。
第二，小尺寸。更低的开关损耗让该芯片组可在高达1MHz的频率下实现高效运行，可以缩减变压器、无源器件的体积，并省去了散热片。与目前的解决方案相比，可将整体尺寸缩小50％，而且功率密度更高。
第三，高效率。通过循环泄露能量并将其传递到输出端的方式提升效率，多模态控制在满载情况下可实现高达95％的效率，待机功耗小于40mW，超过CoC Tier 2和美国能源部（DoE）VI级能效标准。

图：
据了解，TI新推出的有源钳位反激式芯片组支持20W-150W的功率范围，主要面向高功率的市场。其中，对于75W以上的功率需求，TI还提供了一款UCC28056 PFC控制器。由于PFC（功率因子校正）的增加会降低转换效率，UCC28056可在10%负载下实现超过90%的效率，并且只有25mW的待机功耗，因而可以始终开启，减少元器件数量。UCC28056主要面向的市场是数字电视、台式电脑、笔记本适配器、电动工具和其他AC/DC应用。

最后，TI还展示了UCC28780EVM、UCC24612EVM这两款开发板，售价为499美元和100美元。而针对目前市场火爆的USB Type-C AC-DC适配器，TI还有一款65W的参考设计，具有85-265V AC的宽输入电压范围，该设计以非常高的开关频率和30W/in3的功率密度实现92%的峰值效率。