用于高效電源管理的DC/DC轉(zhuǎn)換器

Silanna Semiconductor 宣布擴(kuò)展其 100 W CO 2智能電源 DC/DC 轉(zhuǎn)換器系列，滿載時(shí)效率超過(guò) 98%。這些寬電壓、高頻負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器系列用于 USB-PD 應(yīng)用，旨在提高效率。?

Silanna Semiconductor營(yíng)銷總監(jiān) Tim Wilhelm 在接受采訪時(shí)指出，最新的電源管理挑戰(zhàn)集中在功率密度和效率上，確保在 CO 2排放方面節(jié)省 BoM 和更好的整體性能。完全集成的 SZDL3105B DC/DC 轉(zhuǎn)換器（降壓穩(wěn)壓器）以 667 kHz 的開(kāi)關(guān)速度運(yùn)行，可提供高達(dá) 5 A 和 100 W 的輸出功率。它適用于高達(dá) 27 VDC 輸入的寬領(lǐng)先輸入和輸出范圍，并采用小型 4 mm x 4 mm QFN 封裝。?

CO2 的電源管理挑戰(zhàn)

電力部門技術(shù)效率的提高，在電力轉(zhuǎn)換效率方面，在減少 CO 2排放方面發(fā)揮了主導(dǎo)作用，其次是增加了可再生能源發(fā)電的份額，并使用了碳含量較低的化石燃料。發(fā)電和消費(fèi)排放對(duì)于規(guī)劃和監(jiān)測(cè)涉及電力部門的溫室氣體減排計(jì)劃是必不可少的。

最近估計(jì)，空載功耗幾乎占手機(jī)功耗的三分之二。正如 Silanna 指出的那樣，必須減少功率損耗，以優(yōu)化能源浪費(fèi)?？蛰d功率是指連接到電源插座的充電器和適配器消耗的能量，而不是連接到相應(yīng)設(shè)備的能量。?

因此，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)在零負(fù)載下最小化功耗以實(shí)現(xiàn)最大能效的設(shè)備。Silanna 的 CO 2 Smart Power 概念體現(xiàn)了不懈努力創(chuàng)造越來(lái)越高效的產(chǎn)品的理念，這些產(chǎn)品通過(guò)消耗更少的能源和提供更好的性能來(lái)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。這種情況下的產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中使用較少的能源，但在待機(jī)模式下也降低了所謂的“吸血鬼”能量。在大多數(shù)情況下，這直接轉(zhuǎn)化為使用更少電力的先進(jìn)產(chǎn)品和系統(tǒng)，因此對(duì)有害 CO 2排放的貢獻(xiàn)更少。

DC/DC 轉(zhuǎn)換器

SZDPL3105B 可實(shí)現(xiàn)高效率，如圖 1 所示，減小了整個(gè)系統(tǒng)的尺寸和重量，并優(yōu)化了 USB 端口電源應(yīng)用的性能。Wilhelm 指出，極低的工作功耗可以優(yōu)化空載條件下的功率損耗，這是監(jiān)管認(rèn)證的基本要求。內(nèi)部和外部反饋分壓器的靈活性支持設(shè)計(jì)定制，而瞬時(shí)內(nèi)部反饋解決方案允許干凈、良好控制的啟動(dòng)操作，直到外部 USB 端口控制器可以偏置并輕松控制輸出電壓。?

圖 1：在 667 kHz 高開(kāi)關(guān)頻率下保持最大功率時(shí)的高效率（來(lái)源：Silanna）

圖 2：SZDL3105B 高頻、寬 VOUT、USBPD 降壓轉(zhuǎn)換器（來(lái)源：Silanna）

“圖 2 的功能框圖顯示了 SZDL3105B 如何從外部連接到 USB PD 控制器，USB PD 控制器連接到我們的反饋引腳并控制輸出電壓。一旦與客戶端通信，PD 控制器的 Vout 就會(huì)打開(kāi)數(shù)據(jù)并通過(guò) USB 電纜連接 Vbus 信號(hào)輸出。因此，我們的設(shè)備始終處于高頻狀態(tài)，以保持輸出濾波器非常小，從而為您提供最佳緊湊型設(shè)計(jì)，”Wilhelm 說(shuō)。

與之前的版本一樣，新設(shè)備具有全系列的 PD 3.0 協(xié)議，可提供快速充電。正如 Wilhelm 指出的那樣，唯一的區(qū)別是，使用新的解決方案，可以在 PD 3.0 的全部 100 W 中覆蓋高達(dá) 5 A 的電流?！八鼘樗袔в须p輸入 LDO（VIN 和 VOUT）的 USB 端口控制器的最佳性能而設(shè)計(jì)，以提高效率，”Wilhelm 評(píng)論道。它包含一個(gè)瞬時(shí)內(nèi)部 FB 電阻分壓器，允許任何端口控制器上電并在啟動(dòng)時(shí)將 VOUT 平滑控制為 5.0 V（圖 3）。

圖 3：優(yōu)化 USB 端口性能和獨(dú)立操作的架構(gòu)（來(lái)源：Silanna）

“控制器從降壓轉(zhuǎn)換器的輸出中獲得電源。因此，當(dāng)您從零上電時(shí)，USB PD 控制器沒(méi)有任何功率，直到輸出上升到足以偏置 PD 控制器。控制器正在控制我們的電阻反饋節(jié)點(diǎn)。這是對(duì)我們的產(chǎn)量平穩(wěn)增長(zhǎng)的描述。如果我們沒(méi)有這個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)，我們就處于開(kāi)環(huán)配置。如果我們沒(méi)有閉環(huán)，那么我們可以給任何降壓轉(zhuǎn)換器上電，它的輸出會(huì)有很大的波動(dòng)。在內(nèi)部，當(dāng)我們只加電幾毫秒時(shí)，我們有自己的電阻分壓器接地，以便輸出完美平滑地上升到 5 V。然后，大約 4 V 是我們控制 USB PD 控制器并允許它來(lái)控制輸出電壓。所以，

效率接近 99%，最大負(fù)載為 20 V，5 A (100 W)。即使低至 5V，效率仍保持穩(wěn)定在 95%?！艾F(xiàn)在，效率很好，但產(chǎn)生的熱量對(duì)于制造非常小的封裝至關(guān)重要。對(duì)效率的妥協(xié)將使我們能夠管理這些條件。減少消耗將使 CO 2節(jié)約，從而推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)朝著更清潔的環(huán)境發(fā)展，”Wilhelm 說(shuō)。

Silanna 新 IC 中的 FET 集成提供了良好的效率和控制可靠性的可能性。對(duì)柵極進(jìn)行非常嚴(yán)格的控制，即檢測(cè)設(shè)備何時(shí)開(kāi)啟或何時(shí)關(guān)閉，等同于提高效率和可靠性?！巴獠?FET 轉(zhuǎn)換器無(wú)法嚴(yán)格控制，驅(qū)動(dòng)器和輸出之間會(huì)存在寄生效應(yīng)，從而導(dǎo)致死區(qū)時(shí)間。與我們的技術(shù)一起使用的集成避免了寄生效應(yīng)，并將死區(qū)時(shí)間減少到大約 6 納秒，”Wilhelm 說(shuō)。

圖 4 中的參考設(shè)計(jì)支持完全單片功率 FET，無(wú)需其他半導(dǎo)體組件。667 kHz 的開(kāi)關(guān)頻率將解決電感器和輸出電容器的尺寸問(wèn)題，從而減少系統(tǒng)的整體尺寸?！澳梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)模制小型電感器或自制線圈電感器。只需使用 MLCC 或小于 50 uF 的多層陶瓷電容器，它們高度可靠、體積非常小且具有非常好的溫度特性，”Wilhelm 說(shuō)。

圖 4：小空間中的 100 W 簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)（來(lái)源：Silanna）

Silanna 提供 SZDL3105BA-EVB01 評(píng)估板 (EVB)，這是 SZDL3105B 器件的設(shè)計(jì)示例。最初，該板配置為 5 V / 5 A 輸出。開(kāi)爾文連接可用于監(jiān)控 Vin 和 Vout，以準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)換器輸出端的效率以及線路和負(fù)載調(diào)節(jié)。SZDL3105BA-EVB01 旨在使用 Weltrend WT6633P（Qualcomm QC2/3/4，USB-PD）控制器子板、Power Integrations CHY103（Qualcomm QC3）或 Cypress CYPD3175（Qualcomm QC4，USB-PD）控制器子板進(jìn)行評(píng)估（圖 5 和 6）。

圖 5：評(píng)估板 (EVB)（來(lái)源：Silanna）

圖 6：EVB 原理圖（來(lái)源：Silanna）

　　審核編輯：湯梓紅