Skip to main content

Kis méretű USB-C PD és PPS adapterek tervezése

Megjelent: 2023. szeptember 13.

EBV lidA tervezőre nehezedő nyomás kíméletlen – egyre kisebb töltőket és adaptereket kell megtervezni, amelyek teljes körű USB-C tápellátást (PD – Power Delivery), programozható tápegységet (PPS) és gyorsabb töltési időt biztosítanak okostelefonok, táblagépek, notebookok és más hordozható eszközök számára. A kisebb töltők és adapterek tervezésének kulcsa az alkatrészek számának csökkentésében és a hatékonyság maximalizálásában rejlik. Kimondani könnyű, de a megvalósítás komoly kihívást jelent.

 

Az új USB-protokollokkal nem elég kompakt és rendkívül hatékony energiaátalakítási megoldást kínálni alacsony nyugalmi teljesítmény mellett. Az új USB tápellátási protokollok pontos, kétirányú kommunikációt igényelnek a táplált eszköz és az áramforrás között. Az USB PD lehetővé teszi, hogy a terhelés és a tápegység többféle teljesítmény- és feszültségszintet állítson be 100 W-ig (most még nagyobb teljesítményt javasolnak). A PPS elsődleges célja az akkumulátorok gyorsabb cseréje, és egy lépéssel tovább megy, lehetővé téve, hogy a terhelés változtatásokat kérjen, miközben az energiaellátás aktív. Ezen változások közé tartozik a mikrolépcsős feszültség 20 mV-os lépésekben és a mikrolépcsős áram 50 mA-es lépésekben.
A fejlett USB tápellátási protokollok megvalósításához a tervezőknek flyback vezérlőn kívül dedikált USB vezérlő IC-t vagy mikrokontrollert kellett használniuk. Alacsony késleltetésű kommunikációra is szükség van a két IC között, biztosítva, hogy a teljes megoldás megfeleljen az USB protokolloknak.

 

Megoldott probléma

Ezeknek a kihívásoknak a megoldására most egy magasan integrált, chipen lévő USB PD vezérlőkkel rendelkező, flyback kapcsoló IC-család áll a tervezők rendelkezésére. A Power Integrations InnoSwitch™3-PD IC-családja a legtökéletesebb integrált megoldás az USB Type-C, PD és PPS adapterekhez, és az elsődleges tápkapcsoló, valamint a több üzemmódú kvázi rezonáns flyback vezérlő mellett USB-C és PD vezérlőt is tartalmaz (1. ábra). A modelltől függően a tervezők választhatnak egy nagyfeszültségű szilícium MOSFET vagy PowiGaN™ tápkapcsolót, valamint másodlagos oldali érzékelést, FluxLink™ izolált digitális vezérlést és szinkron egyenirányító meghajtót.

 

EBV adapterek tervezése 1

1. ábra Az InnoSwitch3-PD csökkenti az anyag­költséget, és le­egyszerűsíti az USB-C PD és PPS adapterek tervezését

 
Az InnoSwitch3-PD IC-kre épülő kialakítások megfelelnek az összes globális energiahatékonysági előírásnak, és terhelés nélkül mindössze 14 mW-ot fogyasztanak. Ezen kialakítások alacsony hőkibocsátása szükségtelenné teszi a nagy és drága hűtőbordákat, ami hozzájárul a megoldások kisebb méretéhez és alacsony költségéhez. A gyors és pontos másodlagos szabályozást a Power Integrations FluxLink nagysebességű visszacsatolása támogatja.
A bemeneti és kimeneti feszültségfigyelés lehetővé teszi a pontos bemeneti brown-in, brown-out és bemeneti túlfeszültségvédelmet, valamint a kimeneti magas- és alacsonyfeszültség-hiba észlelését tervező által konfigurálható hibareakciókkal. A kompakt InSOP™-24D-tokozás mindössze 10,8 × 9,4 × 1,6 mm méretű. Az InnoSwitch3-PD család három IC-t tartalmaz integrált 650 V-os szilícium MOSFET-tel és három IC-t integrált 750 V-os PowiGaN™ gallium-nitrid tápkapcsolókkal (lásd az 1. táblázatot).

 

EBV adapterek tervezése 1tab

1. táblázat Az InnoSwitch3-PD vezérlők az USB-C PD + PPS adapter teljesítményszintjének és bemeneti feszültségtartományának széles skálájához állnak rendelkezésre. Három típus tartalmaz beépített 650 V-os szilícium MOSFET-et, illetve három típus rendelkezik integrált 750 V-os PowiGaN gallium-nitrid tápkapcsolóval

  

Megoldások gyors piacra kerülése

Az apró USB-C PD + PPS adapterek és töltők fejlesztésének megkezdéséhez, valamint a piacra kerülés felgyorsítása érdekében, a tervezők számos referenciakialakítás közül választhatnak, beleértve a 30 W-os, 45 W-os és 60 W-os alkalmazásokat. A következő kialakítások mindegyike integrált 750 V-os PowiGaN kapcsolóval rendelkezik; szilíciumváltozatok is elérhetőek. Mindegyikük bemeneti feszültsége 90 és 265 VAC között van, és megfelel a DOE6 és CoC v5 2016 átlagos hatékonysági követelményeinek, valamint a CISPR22 / EN55022 B osztályú EMI-korlátozásoknak.

 

DER-836: 30 W USB PD 3.0 tápegység

Ez a tervezési példa (2. ábra) egy InnoSwitch3-PD INN3878C eszközt használ fel. Az adapter mérete 1,73” (44 mm) × 1,73” (44 mm) × 0,817” (21 mm); 12,27 W/in3 teljesítménysűrűséghez, burkolat nélkül. A kialakítás <18 mW terhelés nélküli bemeneti teljesítménnyel rendelkezik 230 VAC mellett. A megoldás csupán 59 alkatrészt használ, hozzájárulva a nagy teljesítménysűrűséghez.

Az USB PD/PPS forrás képességei a következők:

  • PDO1: 5 V / 3 A (fix tápellátás)
  • PDO2: 9 V / 3 A (fix tápellátás)
  • PDO3: 12 V / 2,5 A (fix tápellátás)
  • PDO4: 15 V / 2,0 A (fix tápellátás)
  • PDO5: 20 V / 1,5 A (fix tápellátás)
  • PDO6: 3,3 V – 11 V / 3 A (programozható tápegység, 30 W teljesítménykorlátozott)
  • PDO7: 3,3 V – 16 V / 2 A (programozható tápegység)

 

EBV adapterek tervezése 2

2. ábra A DER-836 referenciakialakítása 30 W teljesítményt nyújt mindössze 59 alkatrész felhasználásával

  

DER-837: 45 W-os USB PD 3.0 tápegység

Ez a tervezési példa (3. ábra) InnoSwitch3-PD INN3879C IC-t használ. Mindössze 54 alkatrészt igényel, és 14,0 W/in3 teljesítménysűrűséget biztosít, burkolat nélkül. Méretei: 1,89” (48 mm) × 1,81” (46 mm) × 0,94” (23,8 mm).

Az USB PD/PPS forrás képességei a következők:

  • PDO1: 5 V / 5 A (fix tápellátás)
  • PDO2: 9 V / 5 A (fix tápellátás)
  • PDO3: 15 V / 3 A (fix tápellátás)
  • PDO4: 20 V / 2,25 A (fix tápellátás)
  • PDO5: 3,3 V – 11 V / 5 A (programozható tápegység, 45 W teljesítménykorlát)
  • PDO6: 3,3 V – 16 V / 3 A (programozható tápegység)
  • PDO7: 3,3 V – 21 V / 2,25 A (programozható tápegység)

 

EBV adapterek tervezése 3

3. ábra Referenciaterv a DER-837 45 W teljesítményt ad le mind­össze 54 alkatrész felhasználásával

  

RDR-838: 60 W-os USB PD 3.0 tápegység

Ez a referenciakialakítás (4. ábra) 61 alkatrészből áll. Méretei: 2,24” (57 mm) × 2,24” (57 mm) × 0,76” (19,2 mm). 15,7 W/in3 teljesítménysűrűséget biztosít burkolat nélkül. A kialakítás egy INN3879C integrált vezérlőn alapul, és kevesebb USB PD/PPS forrásfunkcióval rendelkezik:

  • PDO1: 5 V / 3 A (fix tápellátás)
  • PDO2: 9 V / 3 A (fix tápellátás)
  • PDO3: 15 V / 3 A (fix tápellátás)
  • PDO4: 20 V / 3 A (fix tápellátás)
  • PDO5: 3,3 V – 21 V / 3 A (programozható tápegység)

 

EBV adapterek tervezése 4

4. ábra Az RDR-838 referenciakialakítása 60 W teljesítmény leadására képes mindössze 61 alkatrész felhasználásával

  

Összegzés

Az innovatív InnoSwitch3-PD integrált flyback switcher IC-családdal a tervezők új eszközkészlettel rendelkeznek a rendkívül hatékony és alacsony alkatrészszámú töltők és adapterek gyors fejlesztéséhez, amelyek teljes USB-C PD + PPS funkcionalitást biztosítanak. Ezek a teljes funkcionalitású IC-k szilícium vagy PowiGaN integrált teljesítménykapcsolót tartalmaznak. Tökéletesen védettek a bemeneten és a kimeneten, valamint a hagyományos konstrukciókhoz szükséges alkatrészek felével létrehozhatóak a megoldások, miközben terhelés nélkül mindössze 14 mW-ot fogyasztanak. A kompakt InSOP-24D tokot nagy teljesítménysűrűségű USB-C tápellátási megoldások nagy volumenű gyártására optimalizálták.

További információért látogasson el a www.power.com/innoswitch3-pd webhelyre

Az EBV Elektronik – mint vezető félvezető-forgalmazó Európában – széles gyártói portfóliójából a legújabb alkatrészek és félvezető-megoldások teljes és folyamatos ellátását garantálja. Vegye fel a kapcsolatot az EBV technológiai és piaci szakértőivel, hogy az alkalmazásaihoz az optimális megoldást választhassa!

 

Több mint disztribúció – EBV Elektronik!

Farkas Szabolcs
EBV Elektronik Kft.
1117 Budapest, Budafoki út 91–93.
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.ebv.com

 

#0b5a9a