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如何设计小型USB-CPD和PPS适配器

高工
2022-03-15 23:50:10     打赏

在新的USB协议下,仅仅提供具有低功耗的紧凑高效的功率变换方案是不够的。新的USB电源协议要求在受电设备和电源之间进行精确的双向通信。USB PD使负载和电源能够设置多个功率和电压挡位,功率高达100W(现在甚至提出了更高的功率)。PPS初衷是为了适应电池技术的不断升级,同时前瞻性地允许充电中途调整输出参数。PPS支持输出以20mV或50mA微调。

为了实现先进的USB电源协议,除了反激式控制器外,设计工程师还需要使用专用的USB控制器或微控制器。这两个IC之间还需要低时延通信,确保整个解决方案符合USB协议。

化解难题

为了化解这些难题,设计工程师现在可以考虑选用内置USB PD控制器的高度集成的反激式开关IC产品系列。Power IntegraTIons的InnoSwitch™3-PD系列IC是适合于USB Type-C、PD和PPS适配器的集成度极高的解决方案,除了初级功率开关和多模态准谐振反激控制器外,同时还集成了USB-C和PD控制器(图1),以及初级侧检测电路、FluxLink™隔离数字控制和同步整流驱动器。根据具体的参数规格,设计工程师可以选择高压硅MOSFET或PowiGaN™功率开关。

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图1:InnoSwitch3-PD可缩减物料清单(BOM)并简化USB-C PD和PPS适配器的设计

基于InnoSwitch3-PD IC的设计符合所有全球能效法规,其空载功耗低至14mW。这些设计效率高损耗少,无需使用尺寸大且成本高的散热片,有助于减小设计方案的外形尺寸并降低成本。Power IntegraTIons的FluxLink高速通信反馈链路支持快速、精确的次级侧调整。输入及输出电压监测可实现精确的电压缓升、跌落和输入过压保护,以及具有可对故障响应单独设定的输出过压和欠压故障检测。InSOP™-24D封装非常紧凑,尺寸仅为10.8mmx9.4mmx1.6mm。InnoSwitch3-PD产品系列包括三款内部集成650V硅MOSFET的IC和三款内部集成750V PowiGaN™氮化镓功率开关的IC(见表1)。

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表1:InnoSwitch3-PD控制器适用于各种USB-C PD+PPD适配器功率水平和输入电压范围,共包括三款内部集成650V硅MOSFET的IC和三款内部集成750V PowiGaN氮化镓功率开关的IC

借助现成小型化方案,加快上市速度

为了快速启动小型化USB-C PD+PPS适配器和充电器的开发,并加快上市速度,设计工程师可以从涵盖30W、45W和60W应用的多种参考设计中进行选择。以下每个设计都采用了内部集成750V PowiGaN开关的IC;硅版开关的参考设计也有提供。它们都支持90至265VAC的输入电压范围,并满足DOE6和CoC v5 2016平均效率要求以及CISPR22/EN55022 Class B传导EMI限制。

DER-836:30W USB PD 3.0电源

该设计范例(图2)使用InnoSwitch3-PD INN3878C器件。这款适配器的尺寸为1.73” (44mm)×1.73” (44mm)×0.817” (21mm),功率密度为12.27W/in3(不含外壳)。该设计在230VAC下的空载输入功率《18mW。它只使用59个元件,有助于提高功率密度。支持以下USB PD/PPS输出性能:

·PDO1:5V/3A(固定供电)

·PDO2:9V/3A(固定供电)

·PDO3:12V/2.5A(固定供电)

·PDO4:15V/2.0A(固定供电)

·PDO5:20V/1.5A(固定供电)

·PDO6:3.3V–11V/3A(数字控制电源,30W限定功率)

·PDO7:3.3V–16V/2A(数字控制电源)

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图2:参考设计DER-836仅使用59个元件,可提供30W输出功率

DER-837:45W USB PD 3.0电源

该设计范例(图3)使用InnoSwitch3-PD INN3879C器件。它仅需54个元件,可提供14.0W/in3的功率密度,其尺寸为1.89” (48mm)×1.81” (46mm)×0.94” (23.8mm)(不含外壳)。支持以下USB PD/PPS输出性能:

·PDO1:5V/5A(固定供电)

·PDO2:9V/5A(固定供电)

·PDO3:15V/3A(固定供电)

·PDO4:20V/2.25A(固定供电)

·PDO5:3.3V–11V/5A(数字控制电源,45W限定功率)

·PDO6:3.3V–16V/3A(数字控制电源)

·PDO7:3.3V–21V/2.25A(数字控制电源)

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图3:参考设计DER-837仅使用54个元件,可提供45W输出功率

RDR-838:60W USB PD 3.0电源

该参考设计(图4)有61个元件,尺寸为2.24“ (57mm)×2.24” (57mm)×0.76“ (19.2mm),功率密度为15.7W/in3(不含外壳)。该设计采用INN3879C集成控制器,具有较少的USB PD/PPS输出性能:

·PDO1:5V/3A(固定供电)

·PDO2:9V/3A(固定供电)

·PDO3:15V/3A(固定供电)

·PDO4:20V/3A(固定供电)

·PDO5:3.3V–21V/3A(数字控制电源)

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图4:参考设计RDR-838仅使用61个元件,可提供60W输出功率

总结

借助创新的InnoSwitch3-PD系列高度集成的反激式开关IC,设计工程师就会拥有一套新工具,可快速开发出高效且元件数量非常少的充电器和适配器,并且它们还具备完整的USB-C PD+PPS功能。这些功能完善的IC包括同时选择硅或PowiGaN集成功率开关版本。它们在输入和输出端受到全面保护,可实现具有传统设计所需元件一半的解决方案,同时仍提供低至14mW的空载功耗。它们采用超薄的InSOP-24D封装,适合高功率密度USB-C电源解决方案的批量生产。




专家
2022-03-16 00:02:49     打赏
2楼

感谢楼主的分享,很实用了。


专家
2022-03-16 00:46:33     打赏
3楼

谢谢分享


专家
2022-03-16 01:40:00     打赏
4楼

看看


专家
2022-03-16 07:58:16     打赏
5楼

学习了


院士
2022-03-16 08:16:33     打赏
6楼

谢谢分享


专家
2022-03-16 08:41:02     打赏
7楼

谢谢分享


专家
2022-03-16 08:44:26     打赏
8楼

学习


专家
2022-03-16 09:24:52     打赏
9楼

           学习


专家
2022-03-16 10:11:11     打赏
10楼

不错!谢谢分享!


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