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無(wú)輔助繞組 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器如何解決交流/直流適配器設(shè)計(jì)難題

發(fā)布時(shí)間:2024-12-13 來(lái)源:德州儀器 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】人們對(duì)更小、更高效電源的需求不斷增長(zhǎng),進(jìn)而推動(dòng)著基于氮化鎵 (GaN) 的功率級(jí)快速普及。在交流/直流適配器市場(chǎng)中,制造商正在迅速利用 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器,通過(guò)功能越來(lái)越強(qiáng)大但尺寸越來(lái)越小的適配器,幫助擴(kuò)大 USB Type-C? 接口的市場(chǎng)規(guī)模。


人們對(duì)更小、更高效電源的需求不斷增長(zhǎng),進(jìn)而推動(dòng)著基于氮化鎵 (GaN) 的功率級(jí)快速普及。在交流/直流適配器市場(chǎng)中,制造商正在迅速利用 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器,通過(guò)功能越來(lái)越強(qiáng)大但尺寸越來(lái)越小的適配器,幫助擴(kuò)大 USB Type-C? 接口的市場(chǎng)規(guī)模。

雖然這令人振奮,但與此同時(shí),電源設(shè)計(jì)人員必須降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。借助反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中的最新創(chuàng)新成果,無(wú)需使用輔助繞組即可實(shí)現(xiàn)器件偏置(無(wú)輔助繞組),而且不會(huì)影響效率。

本文將探討德州儀器的 UCG28826 集成 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器如何幫助您克服交流/直流適配器設(shè)計(jì)難題。

拆下變壓器輔助繞組

實(shí)現(xiàn)出色反激式設(shè)計(jì)的一個(gè)常見(jiàn)障礙是需要產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器偏置。如圖 1 所示,典型的反激式電源將通過(guò)輔助變壓器繞組產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器偏置,再加上額外的輔助電源轉(zhuǎn)換電路,二者會(huì)導(dǎo)致成本更高、元件數(shù)量更多和功率損耗更大。


無(wú)輔助繞組 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器如何解決交流/直流適配器設(shè)計(jì)難題圖 1 典型的 VCC 輔助電源轉(zhuǎn)換和檢測(cè)電路


對(duì)于 USB 電力輸送 (PD) 適配器而言,生成轉(zhuǎn)換器偏置的不良影響更為明顯,因?yàn)檫@些適配器提供可變的輸出電壓以適應(yīng)不同的負(fù)載要求。由于輔助繞組電壓與輸出電壓成正比,因此必須設(shè)置匝數(shù)比,以確保當(dāng)輸出電壓處于最低水平時(shí),輔助電源電壓 (VCC) 仍高于最低工作電壓。因此,從最低輸出電壓到最高輸出電壓的轉(zhuǎn)換將使輔助繞組電壓增加很多倍(如圖 2 所示),從而在 VCC 引腳上產(chǎn)生高壓應(yīng)力。這需要使用額外的輔助電源轉(zhuǎn)換級(jí),因此會(huì)降低效率并增加解決方案的復(fù)雜性。


無(wú)輔助繞組 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器如何解決交流/直流適配器設(shè)計(jì)難題圖 2 反激式輸出電壓對(duì)輔助繞組電壓影響的示例


UCG28826 通過(guò)引入自偏置管理解決了這一難題。如圖 3 所示,自偏置使器件能夠通過(guò)與開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的連接高效地收集偏置能量。然后,器件傳輸收集到的能量為 VCC 電容器充電,電源無(wú)需使用輔助繞組、輔助電源轉(zhuǎn)換電路和任何其他相關(guān)組件即可實(shí)現(xiàn)高效的輔助電源管理。無(wú)輔助繞組反激式設(shè)計(jì)有助于降低系統(tǒng)成本、減小系統(tǒng)尺寸和降低復(fù)雜性,同時(shí)還可以提高效率。


無(wú)輔助繞組 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器如何解決交流/直流適配器設(shè)計(jì)難題圖 3 帶有自偏置和無(wú)輔助繞組檢測(cè)功能的 UCG28826 方框圖


通過(guò)集成式轉(zhuǎn)換器解決方案減輕 EMI

使用集成度更高的轉(zhuǎn)換器時(shí),一個(gè)常見(jiàn)缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)靈活性降低。例如,為了減輕電磁干擾 (EMI),一種常用的技術(shù)是利用與金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的柵極串聯(lián)的電阻器。通過(guò)調(diào)整電阻值,可以相應(yīng)地調(diào)整開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)壓擺率,從而提供一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)微調(diào)反激式轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的 EMI。當(dāng)然,將 MOSFET 集成到反激式轉(zhuǎn)換器則不可能實(shí)現(xiàn)上述調(diào)整,因此降低了可調(diào)性,并增加了實(shí)現(xiàn) EMI 合規(guī)性所需的設(shè)計(jì)時(shí)間。

UCG28826 引入了許多設(shè)計(jì)可配置性選項(xiàng)。通過(guò)調(diào)整連接到其中一個(gè)專用配置引腳的電阻值,您可以修改幾個(gè)不同的參數(shù),包括柵極驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。然后,您可以調(diào)整 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)壓擺率以微調(diào) EMI。


無(wú)輔助繞組 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器如何解決交流/直流適配器設(shè)計(jì)難題圖 4 簡(jiǎn)化反激式設(shè)計(jì)中的 UCG28826


結(jié)語(yǔ)

隨著 USB Type-C 生態(tài)系統(tǒng)在我們?nèi)粘I钪械目焖倨占?,人們?duì)創(chuàng)建更小巧、更強(qiáng)大且更高效的交流/直流適配器的需求不斷增長(zhǎng)。借助 UCG28826 無(wú)輔助繞組 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器等器件,您可以創(chuàng)建此類電源,同時(shí)降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。

其他資源

UCG28826 數(shù)據(jù)表。
UCG28826 評(píng)估模塊用戶指南。
查看反激式和 Flybuck 架構(gòu)頁(yè)面、GaN 技術(shù)頁(yè)面和 USB Type-C 技術(shù)頁(yè)面。

(來(lái)源:德州儀器)

 

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