手機充電器革命:體積減半
我們生活在一個越來越移動化的世界里,電子設備隨著科技的進步變得越來越小,我們預見這一趨勢也將持續(xù)下去。
我們想要電子設備的屏幕變得越來越大,電池續(xù)航時間變得越來越長。
我們現(xiàn)在正處于一個臨界點,這個臨界點不是來自電子設備本身,而是來自電池充電器:
這個經(jīng)常被忽略的器件非常重要
因為它提供了電子設備運行所需要的能量,并且前面提到的大屏幕長續(xù)航的要求正導致這些充電器變得越來越大:
除非有新的解決辦法,不然這些瓶頸將影響電子設備的便攜性:
我們需要重新思考充電器的工作原理:
當前市面上的大部分充電器都是基于反激拓撲結(jié)構(gòu),反激在低功率范圍確實是一個主流的拓撲選擇,因為轉(zhuǎn)換同樣的功率所需要的元件數(shù)量較少。
像所有其他的開關(guān)電源拓撲一樣,反激拓撲的工作方式也是以幾百kHz的開關(guān)頻率切換FET的開關(guān)狀態(tài)。
FET的開關(guān)頻率直接影響到充電器的體積:開關(guān)頻率越高,充電器越小。
但開關(guān)頻率會有上限,第一個問題來自于變壓器的漏感:
當主邊的FET關(guān)閉時,儲存在變壓器寄生電感中的能量會耗散在緩沖電路中。
如果開關(guān)頻率太高,這部分功率損耗會大幅度增加而導致電源顯著變熱:
而有源鉗位反激拓撲可以解決這個問題,在有源鉗位反激拓撲中,變壓器漏感的能量并不被耗散掉,而是會先被儲存在鉗位電容里然后再被傳遞到輸出端。
有源鉗位反激拓撲優(yōu)點不僅限于此:
通過智能化的控制有源鉗位電路,主邊的FET可以實現(xiàn)零電壓開啟(ZVS),從而消除這個主要的開關(guān)電源損耗來源,效率得到進一步提高,ZVS的實現(xiàn)使我們可以使用更高的開關(guān)頻率從而減小充電器的大小。
如果我們用氮化鎵(GAN)取代基于硅的FET,實現(xiàn)ZVS所需要的能量會大大降低
這樣我們就可以使用更高的開關(guān)頻率,充電器的大小將縮小至一半
使用GaN的30W充電器(中)體積要比傳統(tǒng)24W充電器(右)小得多。
但是可靠的控制有源鉗位反激拓撲并不簡單,在過去市面上并沒有快速且智能的控制芯片產(chǎn)品來實現(xiàn)這個拓撲。
不過UCC28780控制芯片將改變這一局面
通過集成多種先進的功能比如自適應、自調(diào)節(jié)的ZVS和脈沖模式,UCC28780化繁為簡,使有源鉗位反激拓撲在充電器中的應用成為現(xiàn)實。
UCC28780既可以控制基于硅的也可以用于控制基于氮化鎵的主邊FET。
為了達到嚴格的效率標準比如DoE level VI和CoC TIer 2,還有一款UCC28780配套使用的同步整流管控制器UCC24612,使用這一款同步整流控制器,副邊可以使用效率更高的同步整流管來取代二極管。