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安森美:电源适配器改朝换代 望周知

时间:2018-11-21 23:24来源:Compotech 作者:homey 点击:
 

安森美半导体模拟方案部交流-直流电源管理高级市场推广经理蒋家亮_
 
细细回想就会发现,我们跟数字世界的联系,大多数时候是依靠电池供电的,出行、旅游时就更加无法离开电池。但对大多数随身数字设备来说,锂电池的能量密度有限,能够提供的能源供给也就在24小时左右,为了避免突然失去与数字世界的联系,人们需要随时随地为设备进行充电,很多商家发现了吸引顾客新方法,餐厅、商场、还有很多交通工具都提供了插座。在机场休息大厅,如果不是坐满的情况下,电源插座附近的人总是最多。
 
除了方便找到插座,人们还希望,可以不用带各种各样的电源适配器,只带一个,还要实现快速充电,比如30分钟给手机充满80%的电量,拥有快速充电QC3.0这种功能,成为很多智能手机的加分项。哦,这个适配器还要尽量轻便。
 
现在,USB-C(USB Type-C)接口已经显现一统江湖的趋势,而与之一起配备的USB PD(Power Delivery)传输协议,正将各种充电需求统一起来。可以让一个适配器适应各种各样设备,不同电压,不同负载的充电需求。这比过去的电源适配器复杂多了!
 
难题留给了电源适配器的设计人员。
 


手机充电器的演进
“过去看到的USB第一代、第二代、第三代或者以前有micro USB,插头比较小,不能正反插。也看到过快充架构,快充1.0、2.0、3.0,功率有限,还不到20瓦。快充4.0最多也30瓦,仍然是较小功率范围。如果电源适配器具有USB Power Delivery(PD,供电)这种能力,就可以覆盖到100瓦功率范围,也就是一个Type-C的接口可以充100瓦的能力。我们可以用同样USB Type-C接口的充电器充笔记本,也可以充手机,它的弹性非常大,非常广。这也是为什么安森美半导体会在这个领域发展一些新的电源方案,来配合USB PD的架构。” 安森美半导体模拟方案部交流-直流电源管理高级市场推广经理蒋家亮说
 
电源适配正在进行改朝换代,有源钳位反激式结构是目前新一代电源适配器的技术发展方向,可以进一步缩小电源适配器的体积,提供稳定、高效、具有优质EMI表现的电源产品,如果与新材料技术,如GaN结合,还可以让电源适配器效率更高,体积更小。
 
“有源钳位在市场上已经有很长的历史了,反激架构则比较新。”
 
有缘钳位反激式拓扑结构(Active-Clamp Flyback,缩写为ACF),具有自适应ZVS(Zero Voltage Switch零电压开关),自适应死区时间,可配置ACF/DCM转换,可显著增加电源的功率密度,轻松实现USB PD的100W功率传输需求。
 
 

 
2018年3月,安森美半导体推出全新的高密度电源适配器方案,用于需要兼容USB供电(USB PD)或高通Quick Charge™规格的笔记本电脑、平板电脑和其他便携式设备。这一包含多项正待批专利的方案,包括有源钳位反激(ACF)控制器NCP1568和一个相应的高速半桥驱动器NCP51530。该方案是一个65 W 符合USB-PD的适配器,具有30 W/in^3的功率密度,以94.5%的峰值能效工作。这一方案的器件已于2018年第二季度量产。
 
通过包含高压启动,一个基于NCP1568的方案只需少量外部元件,降低待机能耗。此外,工作的高频率使无源元件尺寸得以缩减,大幅提高功率密度。它能够无缝过渡到非连续导电模式(DCM),进一步提高轻载条件下的能效,使待机功率水平低于30毫瓦(mW)。这也使电源设计人员能通过全球能效监管标准。自适应ZVS频率调制提供可变输出电压,优化USB-PD和快速充电的实施。
 
NCP1568 –自适应有源钳位反激控制器  NCP51530 –700V 半桥驱动器
 
目前市场上电源适配器的功率密度大约在10W/ in^3左右,而安森美的方案可以将功率密度提升至30W/ in^3,变压体积只有原先方案的1/3。最终产品的体积和重量也有较大差异,而且无需使用昂贵的新材料就可以实现。
 
 
 
 

65W电源适配:新方案与传统结构的对比
 
“氮化镓(GaN)相对来说比较贵,所以在高密度的部分,如果能够用到普通的超结MOSFET,也能做到高密度,那这就是首选的方案。同样的,在那些不同的负载,基本上会达到90%或者94%的能效,在平均能效或者10%轻载的时候,也是目前能够达到的能效指标。”

此外,NCP1568静音跳跃功能消除工作时的可闻噪声,满足安静室内环境的工作需求。NCP51530A/B是700伏(V)高频率、高端与低端驱动器,可直接驱动高性能电源应用中的两个N沟道功率MOSFET。其快速的动态响应,30纳秒(ns)的传播延迟,5 ns的传播延迟匹配确保在高频应用中的效率表现。

目前三大笔记本电脑厂商每年出货量达到1.5亿台,使用USB-C接口的产品2017年大约占总出货量的20%,2018年预计达到30%,明年这是50%,也就是2019年,市场新增7500万使用USB-C接口的台笔记本。
 
“其中10%,也就是750万台将会使用高密度电源。目前适配器功率在45瓦左右,但60瓦电源适配器覆盖范围更广,很快会成为主流,市场潜力巨大。”
 
几乎在安森美发布新解决方案的同期,德州仪器也发布了同类结构,UCC28780 1MHz有源钳位反激式控制器。
 

安森美最新方案65W电源适配器 售价约500元
 
图为采用安森美方案的65W电源适配器,长度不到10厘米,体积大约是2个iphone5电源的大小,目前售价略贵,约合人民币500元。
 
透过USB PD规格的USB-C接口,一个轻便高效的电源适配器取代各式各样传统电源适配器的时代很快就要到来,或许比我们想象的更快。

(责任编辑:helen)
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