如今，內(nèi)置 USB 充電器越來越受歡迎，甚至出現(xiàn)在咖啡和餐飲連鎖店中。新房子現(xiàn)在用 USB 壁式充電器建造，而現(xiàn)有的家庭裝修現(xiàn)在包括用 USB 充電器替換舊的交流插座?？梢?，免適配器充電既提供了快速充電的便利，也減少了雜亂。

鑒于 USB 壁式充電器的日益普及，我想就基本設(shè)計挑戰(zhàn)和注意事項提供一些觀察。最不尋常的挑戰(zhàn)是如何滿足嚴格的熱性能要求以符合安全規(guī)范。與外部或便攜式 AC/DC 適配器設(shè)計不同，內(nèi)置 USB 壁式充電器只能通過插座的安全蓋散熱。蓋子后面的一聯(lián)或兩聯(lián)箱被隔熱材料包圍。前蓋不能超過 60 oC. 圖 2 顯示了一個組合盒的示例。它的尺寸通常為 4”(L)x2.75”(W)x2.5”(D)。AC/DC電源方案的實際容納空間遠小于尺寸數(shù)據(jù)所示。原因是通過背面的布線布置并連接到一個組合盒正面的插座。

插座蓋后允許的最大功耗為 2-3W。對于兩個 10W USB 端口，您需要 90% 的效率才能將損耗控制在 2W 以下。

TI 的UCC28700反激式控制器和UCC24610次級側(cè)同步整流器在用于商用 USB 充電器/雙工插座時可形成高效解決方案。該插座提供兩個總充電功率為 3.6A 的高功率 USB 端口，如圖 3 所示。電源開關(guān)TPS2561A用于提供雙 USB 輸出。

UCC28700系列反激式電源控制器在無需使用光耦合器的情況下提供恒定電壓(CV)和恒定電流(CC)輸出調(diào)節(jié)。此器件處理來自初級電源開關(guān)和一個輔助反激式繞組的信息以實現(xiàn)對輸出電壓和電流的精確控制。低啟動電流、動態(tài)控制運轉(zhuǎn)狀態(tài)和一個定制的調(diào)制參數(shù)在不犧牲啟動時間或者輸出靜態(tài)響應(yīng)的情況下支持極低的待機功耗。
UCC28700系列中的控制算法使得運行效率符合或者超過適用標準。輸出驅(qū)動接至一個MOSFET電源開關(guān)。帶有谷值開關(guān)的斷續(xù)傳導模式(DCM)減少了開關(guān)損耗。開關(guān)頻率的調(diào)制和初級電流峰值振幅(FM和AM)在整個負載和線路范圍內(nèi)保持較高的轉(zhuǎn)換效率。
此控制器有一個130kHz的最大開關(guān)頻率并且一直保持對變壓器內(nèi)初級峰值電流的控制。保護特性有助于保持控制中的初級和次級應(yīng)力分量。UCC28700 可對線纜補償?shù)碾娖竭M行設(shè)定。UCC28701， UCC28702 和UCC28703器件在提供固定線纜補償電平的同時使用一個負溫度系數(shù)(NTC)電阻器來實現(xiàn)遠程溫度感測。

TPS2560A 和 TPS2561A是一款雙通道配電開關(guān)， 此器件用于對電流限制精度有要求或者會遇到重電容負載和短路的應(yīng)用。 這些器件借助一個外部電阻器為每個通道提供一個250mA至2.8A間（典型值） 的可編程電流限制閥值。 對電源開關(guān)的上升和下降次數(shù)進行控制以便大大降低接通/切斷期間的電流浪涌。
當輸出負載超過電流限制閥值時， 通過切換至恒定電流模式， TPS2560A/61A器件的每個通道將輸出電流限制到一個安全水平上。 在過流和過熱條件下， 每個通道的FAULTx邏輯輸出獨立低電平有效。

圖 2：墻壁插座板后面的典型一聯(lián)盒。

圖 3：具有雙輸出的 USB 壁式充電器實施

隨著 USB Type-C 連接器和 USB-PD 等新興應(yīng)用的出現(xiàn)，消費者將尋求 20W 以上的充電功率，可以為智能手機、平板電腦和超極本電腦等設(shè)備充電。USB 壁式充電器必須具備更高的效率和高功率密度的 AC/DC 解決方案。TI 團隊正在開發(fā)一種高效高密度解決方案來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。

UCC28700控制器的靜態(tài)功率水平控制在 100mW 以下。盡管目前尚無關(guān)于 USB 壁式充電器待機功率的行業(yè)法規(guī)，但我認為降低待機功率對世界的影響仍然很明顯。例如，50mW 的靜態(tài)功率降低轉(zhuǎn)化為每年 438Wh 的功率節(jié)省。TI 的UCC28730反激式控制器甚至可以幫助實現(xiàn)零待機功耗 (<5mW)。

一旦支持 USB Type-C 的設(shè)備成為更主流的選擇，我預(yù)計 USB 壁式充電器的采用速度會更快。當酒店、機場、咖啡店、餐廳和家庭配備 USB Type-C 壁式充電器時，我們只需攜帶一根 USB Type-C 數(shù)據(jù)線即可，無需為不同的電子設(shè)備配備不同的充電器。作為一個經(jīng)常出差的人，我希望這一天快點到來。