【導讀】更大容量電池需具備相同或更快充電時間的趨勢正在加速USB-C PD的采用。在設計USB PD適配器和充電器時，要滿足COC V5 Tier2等最新的能效標準，并考慮小型化設計以配合移動便攜式設備等輕薄短小但功能豐富多樣的趨勢。
安森美(onsemi)最近推出的65 W高頻準諧振(QR)USB PD適配器和快充參考設計支持PD 3.0、PPS、BC 1.2等多種快充協(xié)議，平均能效近92%，遠超COC V5 Tier2標準，且尺寸僅50 mm x 50 mm x 28 mm，是智能手機快充、筆記本電腦適配器等應用的理想選擇。
圖1：65 W高頻QR USB PD適配器和快充方案
該設計集成安森美的NCP1345高頻QR反激式脈寬調(diào)制(PWM)控制器、超級結(jié)MOSFET、NCP4307同步整流控制器和FUSB15101 PD控制器，支持90 VAC至264 VAC輸入電壓范圍，輸出電壓3.3 V至21 V。
圖2：65 W高頻QR USB PD適配器和快充方案電路原理圖
提高工作頻率可縮小電源尺寸，該設計在264 VAC、滿載的情況下，頻率達190 KHz，還可內(nèi)置氮化鎵(GaN)以進一步提高開關(guān)頻率，降低損耗。NCP1345 QR反激式拓撲，采用專有的谷底鎖定電路，確保穩(wěn)定的谷底開關(guān)，直至第6個谷底，隨著負載的進一步降低，在空載和輕載時，NCP1345進入Quiet Skip和反激式非連續(xù)導通模式(DCM)，然后過渡到頻率反走模式，以減少開關(guān)損耗，提高空載和輕載能效。
谷底鎖定和Quiet Skip實現(xiàn)領(lǐng)先市場的噪聲性能，且由于波形的諧波含量降低，電磁干擾(EMI)性能也得以改善，這可減少所需的EMI濾波器，從而降低成本。內(nèi)置自適應的驅(qū)動電路可有效降低次級的電壓應力。配以NCP4307同步整流控制器，不僅可實現(xiàn)用MOSFET取代二極管整流器，從而降低整流器兩端壓降和導通損耗，實現(xiàn)更高的系統(tǒng)能效，還降低寄生振鈴和系統(tǒng)噪聲，提高可靠性。
FUSB15101 USB Type-C和PD控制器集成了高效的Arm? Cortex?-M0+處理器和定制設計的外設，無縫支持USB PD 3.0應用，整合了電源端口的所有要求，提供一個最佳的系統(tǒng)方案，可輕松地根據(jù)特定的應用需求進行定制，完整的嵌入式固件方案，含先進的功率共享算法，有效地優(yōu)化系統(tǒng)總功耗。
能效測試
我們測試了該65 W高頻QR USB PD適配器參考設計在115 VAC(藍色曲線)和230 VAC(紅色曲線)輸入電壓的平均能效和輕載(10%負載)能效，從下面曲線圖可看到都遠高于COC V5 Tier 2平均能效標準和COC V5 Tier 2輕載能效標準，在輸出5 V電壓時的待機功耗低于45 mW，遠優(yōu)于能效標準。
圖3：能效曲線
安全保護功能和限功率電源(LPS)測試
該65 W高頻QR USB PD方案集成豐富的安全和保護功能，包括：精密的過壓保護(OVP)、過流保護(OCP)、短路保護(SCP)、開環(huán)保護、X2電容放電等。
而且，該65 W USB PD方案在PDO和PPS協(xié)議下都符合LPS要求，測試結(jié)果見下表。PDO支持5 V 3 A、9 V 3 A、12 V 3 A、15 V 3 A、20 V 3.25 A五個固定電壓檔位，LPS標準要求在輸出5 V 3 A, 9 V 3 A, 12 V 3 A時最大短路電流為8 A，在輸出15 V 3 A時最大短路電流為6.67 A，在 輸出20 V 3.25 A時最大短路電流為5 A。符合LPS標準的電源向負載輸送的輸出電壓、輸出電流和輸出功率都在要求以內(nèi)，從而避免引發(fā)觸電和火災等危險。
性能測試
經(jīng)測試，該65 W高頻QR USB PD適配器參考設計在各種負載條件下的紋波和噪聲都低于80 mV，動態(tài)性能穩(wěn)定，EMI和熱性能優(yōu)良。
圖4：65 W高頻QR USB PD適配器參考設計在90 VAC時的紋波
圖5：65 W高頻QR USB PD適配器參考設計熱成像
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