近年來(lái)，快速充電技術(shù)的發(fā)展讓智能手機充電速度大幅提升，“充電五分鐘，通話(huà)兩小時(shí)”更是成為vivo的經(jīng)典廣告詞?？斐浼夹g(shù)本質(zhì)上是提升充電功率，功率需求的增加，意味著(zhù)產(chǎn)生移動(dòng)性受限的更大的AD-DC適配器。對于這個(gè)趨勢，很多電源IC廠(chǎng)商都致力于開(kāi)發(fā)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(chǎn)的UCC28780有源鉗位反激式控制器，以及第一個(gè)專(zhuān)門(mén)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(kāi)關(guān)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(shí)現更快速的充電，這些新解決方案不僅能夠實(shí)現這一目標，而且還能使設計人員以更低的功耗實(shí)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A(yíng)C-DC電源，由于簡(jiǎn)單，反激式轉換器是首選的拓撲結構。理論上來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)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(wú)源器件的體積。但實(shí)際上，太高的開(kāi)關(guān)頻率會(huì )導致更多的變壓器漏感，以熱能的方式散發(fā)出來(lái)，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(kāi)關(guān)電源的工作頻率大多在幾十KHZ，而此次TI發(fā)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(kāi)關(guān)頻率。

“準諧振反激器一直是首選的拓撲結構，以往業(yè)界都是通過(guò)減小變壓器漏感來(lái)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(gè)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(kāi)關(guān)，這樣消除了兩大主要損耗來(lái)源，使得尺寸大大縮小。”TI系統及應用工程經(jīng)理John Stevens說(shuō)道。

圖：John Stevens 先生在介紹有源鉗位反激式芯片組

但細節是關(guān)鍵，因為如果有源鉗位得不到智能控制，它實(shí)際效果會(huì )變差。為此，TI專(zhuān)門(mén)為有源鉗位反激電路開(kāi)發(fā)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(yōu)勢主要體現在以下三個(gè)方面：

第一， 消除開(kāi)關(guān)損耗并降低EMI，以適當的控制鉗位，實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān)。值得一提的是，零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）技術(shù)被視為由高頻及更高效率要求而帶來(lái)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(guān)斷，以消除所有開(kāi)關(guān)損耗。

但在實(shí)際應用中，電路設計者只能估算何時(shí)出現零電壓和零電流，因而零電壓開(kāi)關(guān)很難實(shí)現完美同步。John Stevens表示，UCC28780通過(guò)創(chuàng )新的ZVS算法可以精準地抓取零點(diǎn)電壓，進(jìn)而降低開(kāi)關(guān)損耗，這是TI獨到的優(yōu)勢。

此外，UCC28780還支持氮化鎵（GaN）場(chǎng)效應晶體管（FET），進(jìn)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(chǎng)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(chǎng)效應晶體管提升了2%的效率。

第二，小尺寸。更低的開(kāi)關(guān)損耗讓該芯片組可在高達1MHz的頻率下實(shí)現高效運行，可以縮減變壓器、無(wú)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(guò)循環(huán)泄露能量并將其傳遞到輸出端的方式提升效率，多模態(tài)控制在滿(mǎn)載情況下可實(shí)現高達95％的效率，待機功耗小于40mW，超過(guò)CoC Tier 2和美國能源部（DoE）VI級能效標準。

圖：吳渭強先生在介紹有源鉗位反激式芯片組的優(yōu)勢

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(chǎng)。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(huì )降低轉換效率，UCC28056可在10%負載下實(shí)現超過(guò)90%的效率，并且只有25mW的待機功耗，因而可以始終開(kāi)啟，減少元器件數量。UCC28056主要面向的市場(chǎng)是數字電視、臺式電腦、筆記本適配器、電動(dòng)工具和其他AC/DC應用。

最后，TI還展示了UCC28780EVM、UCC24612EVM這兩款開(kāi)發(fā)板，售價(jià)為499美元和100美元。而針對目前市場(chǎng)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(kāi)關(guān)頻率和30W/in3的功率密度實(shí)現92%的峰值效率。