【导读】安森美半导体利用在电源半导体领域的专长和伟诠在USB PD领域的领先技术，推出一系列高能效、高密度的USB PD电源适配器，满足市场需求，符合并超越能效标准。
安森美半导体利用在电源半导体领域的专长和伟诠在USB PD领域的领先技术，推出一系列高能效、高密度的USB PD电源适配器，满足市场需求，符合并超越能效标准，如最近的65 W 超高密度USB PD适配器方案，支持USB Type-C接口PD 3.0和高通Qualcomm Quick® Charge 3.0TM Class A快充协议，最新的90 W 高密度USB PD适配器方案支持USB Type-C接口PD 3.0、QC4.0和PPS协议，采用有源钳位反激(ACF) 拓扑，使用行业标准的超结FET，功率密度分别为30 W/in^3和20.8 W/in^3，峰值能效分别超过94%和92%。
USB PD、QC 3.0和QC 4.0简介
USB PD全称USB Power Delivery，即USB功率传输协议，支持同时进行数据通信和高达100 W的电力传输。
QC 3.0是高通第三代快充技术，其支持的总线电压(VBUS) 范围，Class A为3.6 V至12 V，Class B为3.6 V至20 V。高通的快充技术如今已发展到第四代即QC4.0，同时支持USB PD。
先进的控制器和驱动器提供高能效、紧凑的ACF USB PD适配器方案
安森美半导体的65 W和90 W ACF USB PD适配器方案是现代电源适配器和电池充电器设计的重大进步。使用在65 W ACF USB PD 适配器中的核心芯片NCP1568 和NCP51530还获《今日电子》(EPC)与21IC中国电子网 (21ic.com)评选为2018年度Top 10电源产品奖，这是电子业备受认同的确定创新/高品质产品的一个基准。
图1：紧凑的ACF USB PD适配器方案(65 W：左一、二；90 W：右)
这两款ACF USB PD适配器方案都涵盖5V 到 20V的PD 3.0规格和3.6 V至12 V/3 A的QC 3.0 Class A规格，用于需要兼容USB-PD或高通Quick Charge™规格的笔记本电脑、平板电脑和其他便携式设备。其中65 W ACF USB PD适配器方案集成安森美半导体的ACF控制器NCP1568、高速半桥驱动器NCP51530、同步整流控制器NCP4305、伟诠的WT6615F PD控制器，采用行业标准的超级结(SJ) FET，占板尺寸仅1.66” x 1.78” x 0.70”，功率密度达30 W/in^3；90 W ACF USB PD适配器方案集成安森美半导体的功率因数校正(PFC)控制器NCP1622、ACF控制器NCP1568、高速半桥驱动器NCP51530、同步整流控制器NCP4306、伟诠的WT6615F PD控制器，采用行业标准的 SJ FET，占板尺寸仅2.48” x 2.48” x 0.82”，功率密度达20.8 W/in^3。
90 W ACF USB PD适配器方案中还采用升压跟随电路，提升PFC控制性能，并能提升低工作电压效率。
图2：90 W USB PD电源适配器方案框图
图3：NCP1568、NCP51530、WT6615F示意图
NCP1568是一款高度集成的AC-DC脉宽调制（PWM）控制器，采用ACF拓扑结构，包含零电压开关（ZVS），用于要求高功率密度和高能效的高频应用（高达1 MHz）。它能够无缝过渡到非连续导电模式（DCM），提高轻载条件下的能效，使待机功耗低于30毫瓦（mW），符合全球能效监管标准。自适应ZVS频率调制提供可变输出电压，优化USB-PD和快速充电的实施。可使用经验证的超结FET或高性能氮化镓（GaN）FET的ACF拓扑结构，外部器件更少，实现更高密度设计。NCP1568采用小型TSSOP-16封装，具有多重保护功能。静音跳跃功能消除工作时的可闻噪声，这是室内电源适配器应用的一个基本需求。
NCP51530是700伏（V）高频率、高边与低边驱动器，可直接驱动高性能电源应用中的两个N沟道功率MOSFET。其特点是快速的动态响应，30纳秒（ns）的传播延迟适合高频工作，而5 ns的传播延迟匹配确保领先市场的能效性能。NCP51530提供非常强固的方案，不易受dv/dt（高达50 V/ns）和负瞬态的影响。
伟诠的USB PD控制器WT6615F支持USB PD 3.0规范和QC 3.0，用于USB Type-C DFP下行端口(源)充电应用，通过集成USB PD基带物理层、Type-C检测、并联稳压器、电压和电流检测、负载开关的MOSFET控制器和8位微处理器，最大限度地减少外部元件数，实现小外形和低物料单(BOM)成本，支持3 V至30 V的宽工作电压范围，无需外部LDO，多次可编程的ROM可用于编辑程序代码及用户配置数据。
两款方案都集成全面的保护特性，包括自适应输出过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、电缆压降补偿、ACF开环保护等，在实现高能效和高功率密度的同时确保高可靠性。
能效和性能测试
根据最新的COC V5 Tier 2标准，待机功耗、平均能效和10%负载能效需达到以下规格。
经测试，65 W和 90 W ACF USB PD适配器方案峰值能效分别超过94%和92%，平均能效和10%负载能效也都符合并超越COC V5 Tier2标准，且纹波小，动态性能佳。以90 W方案为例，能效测试曲线如下：
图4：输出为5 V时(电缆未插入)的 待机功耗低于75 mW
图5：平均能效符合COC Tier2标准
在115 Vac和230 Vac的测试条件下，输出20 V时，测得90 W ACF USB PD方案的满载能效超过92%。在230 Vac的测试条件下，输出5 V、0.5 A时的纹波低于100 mV。
总结
安森美半导体和伟诠电子合作推出的65 W和90 W ACF USB PD电源适配器方案采用ACF拓扑，高能效、低待机功耗，符合并超越COC V5 Tier2能效标准，使用行业标准的超级结FET，且工作的高频率大幅缩减元件尺寸，实现高功率密度，全面的保护特性确保高可靠性和高强固性，纹波和动态性能极佳，使设计人员能快速开发出支持USB-PD和高通Quick Charge™规格的紧凑的、高能效电源适配器。
