AMEYA360：瑞薩以低成本實現(xiàn)100W/140W電源適配器方案

如今，移動設(shè)備已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦胁豢苫蛉钡拇嬖?。然而，隨著設(shè)備種類和功能不斷擴展，其充電需求也變得日益復(fù)雜化和多樣化。在這種背景下，為突破傳統(tǒng)充電器在功率輸出、兼容性和便攜性等方面的挑戰(zhàn)，USB-C和USB PD技術(shù)應(yīng)運而生，它憑借出色的充電效率與小巧輕薄的外形，革新了電子設(shè)備的充電體驗。

基于USB-C接口和USB PD技術(shù)，瑞薩推出100W/140W電源適配器方案。該方案實現(xiàn)了低成本的單端口和雙端口USB-C和USB PD 3.1電源適配器設(shè)計，具有5-20V/5A 100W雙輸出或5-28V/5A 140W單輸出，能夠滿足市場中大部分移動設(shè)備的快充需求。

100W電源適配器方案

在100W的電源適配器方案中，采用了TP65H150G4LSG功率器件、數(shù)字離線PWM控制器iW3627、光耦合隔離器PS2381-1、數(shù)字同步整流控制器iW610、同步降壓PWM控制器ISL8117以及協(xié)議IC iW780。

系統(tǒng)框圖

TP65H150G4LSG是一款采用DFN8*8封裝的氮化鎵FET，耐壓為650V，瞬態(tài)耐壓為800V，導(dǎo)阻為150mΩ，柵極支持18V耐壓，具備極低的反向恢復(fù)電荷，并能減小開關(guān)損耗。iW3627內(nèi)部采用先進的數(shù)字控制技術(shù)，支持常見的單級隔離和非隔離拓撲結(jié)構(gòu)(降壓、降壓-升壓或反激式)，可用作固態(tài)照明(SSL)應(yīng)用的前端或獨立電源。

PS2381-1是一款光耦合隔離器，其將砷化鎵發(fā)光二極管和NPN硅光電晶體管集成在塑料4-LSOP長扁平封裝中，該封裝具有屏蔽效果，可隔絕環(huán)境光，非常適用于高密度應(yīng)用。

在同步整流控制器的選擇上，本方案選用的iW610適用于所有瑞薩AC/DC轉(zhuǎn)換器和任何反激式轉(zhuǎn)換器拓撲，包括在DCM和CCM模式下運行的準(zhǔn)諧振(QR)、零電壓開關(guān)(ZVS)和有源鉗位反激式(ACF)拓撲結(jié)構(gòu)。iW610可與諧振LLC轉(zhuǎn)換器配合使用，該裝置可在低側(cè)或高側(cè)配置下運行，無需外部輔助繞組。同時，可靈活配置整流器和磁性元件，用于反激式設(shè)計，并且不會在高側(cè)配置中使用時增加成本。

本方案具有兩個輸出端，分別由兩個同步降壓PWM控制器ISL8117以及一個協(xié)議IC iW780組成。其中，ISL8117采用谷值電流調(diào)制技術(shù)，以最少的組件數(shù)量實現(xiàn)輕松的電源設(shè)計，并提供全面保護，防止意外事件發(fā)生。ISL8117具有可編程軟啟動和使能功能，且配備電源良好指示器，便于實現(xiàn)電源軌排序和其他內(nèi)部管理要求。

iW780是一款A(yù)C/DC二次側(cè)控制器產(chǎn)品，支持業(yè)內(nèi)多種D+/D-快充協(xié)議，其將二次側(cè)環(huán)路調(diào)節(jié)控制器、接口協(xié)議控制器、USB VBUS驅(qū)動器集成到單個IC中。并且此IC具有用于多種協(xié)議的內(nèi)部MCU和硬件接口，允許對支持快充或D+/D-協(xié)議的移動設(shè)備(MD)進行快速充電，并自動區(qū)分不同的協(xié)議。iW780位于交流/直流電源的次級側(cè)，允許為多級輸出電壓和電流配置適配器。

140W電源適配器方案

在140W的電源適配器方案中，則采用TP65H150G4LSG功率器件、PFC控制器R2A20133DSP、數(shù)字AC/DC控制器iW9801、光耦合隔離器PS2381-1、數(shù)字同步整流控制器iW610以及協(xié)議IC iW780。

系統(tǒng)框圖

R2A20133DSP采用臨界傳導(dǎo)模式進行功率因數(shù)校正，通過零電流開關(guān)實現(xiàn)高效率和低開關(guān)噪聲。由于零電流通過GND電流檢測，因此無需ZCD輔助繞組。并且R2A20133D內(nèi)置反饋回路開路檢測、雙模過壓保護和過流保護功能，只需很少的外部元件即可構(gòu)成高可靠性的電源系統(tǒng)。

iW9801集成瑞薩電子的專利自適應(yīng)零電壓開關(guān)(ZVS)技術(shù)，可為智能手機、平板電腦、筆記本電腦、電動工具和其他便攜式產(chǎn)品提供超小型、輕便、低成本且易于攜帶的電源。該設(shè)備工作在高開關(guān)頻率下，因此變壓器和無源器件的體積更小，并支持帶可編程電源的USB Power Delivery 3.0及其他RapidCharge協(xié)議，輸出功率高達100W。

在這個快節(jié)奏的時代，移動設(shè)備的充電需求正以前所未有的速度增長。瑞薩電子敏銳地捕捉到了這一市場趨勢，推出了基于USB-C接口和USB PD技術(shù)的100W/140W電源適配器方案。這不僅是對傳統(tǒng)充電器的有力革新，更是對未來充電體驗的一次深刻預(yù)見。通過這些低成本、高效率的解決方案，瑞薩電子將推動充電技術(shù)邁向更加便捷、高效的未來。