無輔助繞組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

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

雖然這令人振奮，但與此同時，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，無需使用輔助繞組即可實(shí)現(xiàn)器件偏置（無輔助繞組），而且不會影響效率。

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)的一個常見障礙是需要產(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，二者會導(dǎo)致成本更高、元件數(shù)量更多和功率損耗更大。

圖1 典型的V_CC輔助電源轉(zhuǎn)換和檢測電路

對于 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，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，因此會降低效率并增加解決方案的復(fù)雜性。

圖2 反激式輸出電壓對輔助繞組電壓影響的示例

UCG28826 通過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與開關(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，同時還可以提高效率。

圖3 帶有自偏置和無輔助繞組檢測功能的UCG28826方框圖

通過集成式轉(zhuǎn)換器解決方案減輕EMI

使用集成度更高的轉(zhuǎn)換器時，一個常見缺點(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)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的柵極串聯(lián)的電阻器。通過調(diào)整電阻值，可以相應(yīng)地調(diào)整開關(guān)節(jié)點(diǎn)壓擺率，從而提供一種簡單的方法來微調(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)時間。

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

圖4 簡化反激式設(shè)計(jì)中的UCG28826

結(jié)語

隨著 USB Type-C 生態(tài)系統(tǒng)在我們?nèi)粘Ｉ钪械目焖倨占?，人們對?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。借助 UCG28826 無輔助繞組 GaN 反激式轉(zhuǎn)換器等器件，您可以創(chuàng)建此類電源，同時降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。