智能手機等移動設備對AC-DC適配器功率增大的需求和尺寸縮小的要求是矛盾的，電源IC廠商必須想出新的辦法，開發出更加小型化的適配器...
近年來，快速充電技術的發展讓智能手機充電速度大幅提升，“充電五分鐘，通話兩小時”更是成為vivo的經典廣告詞。快充技術本質上是提升充電功率，功率需求的增加，意味著產生移動性受限的更大的AD-DC適配器。對于這個趨勢，很多電源IC廠商都致力于開發縮減電源尺寸的方案。
3月19日，TI(德州儀器)新推出市面上第一款量產的UCC28780有源鉗位反激式控制器，以及第一個專門針對有源鉗位反激式控制器設計的同步整流器控制器，UCC24612。這兩者的結合能將開關的工作頻率提高到1MHz，幫助將AC/DC適配器和USB PD充電器的電源尺寸減半。
TI高壓電源解決方案副總裁Steve Lambouses表示：“消費者希望以更小的尺寸實現更快速的充電，這些新解決方案不僅能夠實現這一目標，而且還能使設計人員以更低的功耗實現比之前更多的功能。”
有源鉗位反激:以更小空間釋放更多電力
對于AC-DC電源，由于簡單，反激式轉換器是首選的拓撲結構。理論上來說，開關頻率越高電源的尺寸越小，因為縮減了變壓器以及電容電感等無源器件的體積。但實際上，太高的開關頻率會導致更多的變壓器漏感，以熱能的方式散發出來，不但影響轉換效率，還易損壞元器件。因此，市面上的反激式開關電源的工作頻率大多在幾十KHZ，而此次TI發布了高達1MHZ的UCC28780有源鉗位反激式控制器。與UCC28780一同搭配的是UCC24612同步整流控制器，同樣支持高達1MHZ的開關頻率。
“準諧振反激器一直是首選的拓撲結構，以往業界都是通過減小變壓器漏感來縮減電源尺寸。直到現在，我們認為有源鉗位反激打破了這個平衡，有源鉗位可存儲能量并將其傳輸至輸出，并提供零電壓開關，這樣消除了兩大主要損耗來源，使得尺寸大大縮小。”TI系統及應用工程經理John Stevens說道。
但細節是關鍵，因為如果有源鉗位得不到智能控制，它實際效果會變差。為此，TI專門為有源鉗位反激電路開發了高達1MHZ的智能控制器UCC28780，讓反激式電源以更小的外形尺寸達到高性能。
UCC28780+ UCC24612的優勢主要體現在以下三個方面：
第一， 消除開關損耗并降低EMI，以適當的控制鉗位，實現零電壓開關。值得一提的是，零電壓開關(ZVS)技術被視為由高頻及更高效率要求而帶來的所有挑戰的應對妙法，其原理是在零電壓下導通，在零電流下關斷，以消除所有開關損耗。
但在實際應用中，電路設計者只能估算何時出現零電壓和零電流，因而零電壓開關很難實現完美同步。John Stevens表示，UCC28780通過創新的ZVS算法可以精準地抓取零點電壓，進而降低開關損耗，這是TI獨到的優勢。
此外，UCC28780還支持氮化鎵(GaN)場效應晶體管(FET)，進一步降低輸出電容和導通電阻，縮減適配器尺寸。據了解，采用了GaN場效應晶體管的有源鉗位反激式電路的轉換效率高達94%-95%，大約比普通的硅基場效應晶體管提升了2%的效率。
第二，小尺寸。更低的開關損耗讓該芯片組可在高達1MHz的頻率下實現高效運行，可以縮減變壓器、無源器件的體積，并省去了散熱片。與目前的解決方案相比，可將整體尺寸縮小50%，而且功率密度更高。
第三，高效率。通過循環泄露能量并將其傳遞到輸出端的方式提升效率，多模態控制在滿載情況下可實現高達95%的效率，待機功耗小于40mW，超過CoC Tier 2和美國能源部(DoE)VI級能效標準。
據了解，TI新推出的有源鉗位反激式芯片組支持20W-150W的功率范圍，主要面向高功率的市場。其中，對于75W以上的功率需求，TI還提供了一款UCC28056 PFC控制器。由于PFC(功率因子校正)的增加會降低轉換效率，UCC28056可在10%負載下實現超過90%的效率，并且只有25mW的待機功耗，因而可以始終開啟，減少元器件數量。UCC28056主要面向的市場是數字電視、臺式電腦、筆記本適配器、電動工具和其他AC/DC應用。
最后，TI還展示了UCC28780EVM、UCC24612EVM這兩款開發板，售價為499美元和100美元。而針對目前市場火爆的USB Type-C AC-DC適配器，TI還有一款65W的參考設計，具有85-265V AC的寬輸入電壓范圍，該設計以非常高的開關頻率和30W/in3的功率密度實現92%的峰值效率。
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本文標題：TI推出首款可量產有源鉗位反激式控制器，電源尺寸減半
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