4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器滿足USB新供電要求

USB 已從供電有限的數(shù)據(jù)接口，發(fā)展為帶有一個(gè)數(shù)據(jù)接口功能的重要供電部件。最新的 USB 3.x 協(xié)議支持更高水平的功率通量。默認(rèn)電壓為 5V，USB-C 端口能與插入的設(shè)備“協(xié)商”，將端口電壓提高至 20V。

新供電要求中的一項(xiàng)獨(dú)特挑戰(zhàn)是如何使用一個(gè) 4.5V-32V 輸入電壓來提供一個(gè) 5V-20V 直流總線。一個(gè)4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供降壓或升壓電源轉(zhuǎn)換，因其可提供設(shè)計(jì)人員和客戶所需的寬電壓轉(zhuǎn)換范圍、正極性、高能效和小尺寸方案。安森美半導(dǎo)體用于 USB 供電和 USB-C 應(yīng)用的 NCP81239 4開關(guān)降壓-升壓控制器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)開關(guān)，使轉(zhuǎn)換器能夠降壓或升壓，并支持用戶滿足 USB 供電（PD）規(guī)格，該規(guī)格適用于所有 USB PD 應(yīng)用，如 PC /筆記本電腦、移動(dòng)電源和擴(kuò)展口。

在同步降壓轉(zhuǎn)換器中，有個(gè)現(xiàn)象眾所周知，它稱為 “低端誤導(dǎo)通”或“ dv/dt 電感導(dǎo)通”，這是造成擊穿的罪魁禍?zhǔn)?，有可能損壞開關(guān)并降低整個(gè)轉(zhuǎn)換器的可靠性。

然后，這一問題在4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中翻了一番，因?yàn)樗袃蓚€(gè)階段——降壓和升壓。當(dāng)設(shè)計(jì)人員直接將降壓轉(zhuǎn)換器的電路參數(shù)復(fù)制到4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的升壓段時(shí)，就會產(chǎn)生錯(cuò)誤。隨著這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在應(yīng)用中越來越受歡迎，了解dv/dt電感導(dǎo)通問題變得越來越重要。

在4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中，dv/dt 電感導(dǎo)通是由同步整流 MOSFET 在降壓段和升壓段快速升高的漏源電壓引起的。由于不需要的擊穿電流流過任一相橋臂，結(jié)果導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)能效下降。電源設(shè)計(jì)人員可采用幾種經(jīng)濟(jì)的電路方案，包括最小化整流開關(guān)的關(guān)斷門極驅(qū)動(dòng)電阻，增加有源開關(guān)的導(dǎo)通門極驅(qū)動(dòng)電阻，或在開關(guān)節(jié)點(diǎn)加入 RC 緩沖電路。選擇具有低 Qgd/Qgs(th) 比率和高閾值電壓的 MOSFET 也可降低 dv/dt 電感誤導(dǎo)通的可能性。