消費者需要為其日常攜帶的各種電子設(shè)備提供便攜式、快速且高效的充電器。隨著越來越多的電子產(chǎn)品轉(zhuǎn)向USB Type-C®充電器，對可用于為任何設(shè)備充電的緊湊型電源適配器的需求正在迅速增加。

設(shè)計用于PC、電視等的現(xiàn)代消費類USB Type-C移動適配器和電源時面臨的挑戰(zhàn)是保持或提高功率水平，同時減小解決方案尺寸。 TI的低功耗氮化鎵 (GaN )器件以非常常見的拓撲解決了這一挑戰(zhàn)，同時提供散熱、尺寸和集成優(yōu)勢。除了近幾十年來GaN等寬帶隙技術(shù)的發(fā)展之外，各種AC/DC拓撲也取得了新的改進，以提高效率和功能。本文詳細介紹了這些設(shè)備在適合這些應(yīng)用的常見拓撲中的優(yōu)勢和兼容性，并介紹了一些令人興奮的新拓撲。

利用有源鉗位反激式(ACF)和非對稱半橋(AHB) 拓撲最大限度地提高效率和功率密度

幾種新開發(fā)的半橋拓撲有助于優(yōu)化效率，同時提供可變輸出電壓能力。圖1中所示的ACF和AHB拓撲有助于最大限度地提高DC/DC級的效率和功率密度。與準諧振(QR)和零電壓開關(guān)(ZVS)反激式中使用有損緩沖器鉗位不同，ACF和AHB拓撲可將泄漏能量回收至輸出，從而進一步提高效率。此外，這兩種拓撲可以完全消除低壓側(cè)場效應(yīng)晶體管 ( FET ) 的電壓尖峰。因此，可以在次級側(cè)使用較低電壓的同步整流器FET 。此外，AHB拓撲不需要第二個輸出濾波器，這有助于創(chuàng)建整體成本更低、尺寸更小的解決方案。

LMG3624 集成 GaN FET具有內(nèi)置“無損”電流感應(yīng)功能，有助于通過降低損耗進一步提高效率，如圖 2 所示。例如，對于 65W ACF，集成電流感測電路的損耗貢獻小于 10mW，而傳統(tǒng)電流感測方案的損耗約為 170mW。需要電流模式控制的各種拓撲(例如 ACF 和 AHB)可以極大地受益于這種顯著的損耗降低，從而進一步提高整體解決方案的效率。

圖1：ACF和AHB拓撲

圖2：內(nèi)置電流檢測與傳統(tǒng)電流檢測之間的功率損耗比較。

圖騰柱PFC拓撲適合更高功率設(shè)計

在世界許多地方，當功率水平超過70W時，都需要功率因數(shù)校正(PFC)級。如果您希望在功率因數(shù)校正階段充分利用GaN的功能，您可能會考慮圖3中所示的圖騰柱PFC拓撲。這種拓撲結(jié)構(gòu)消除了橋式整流器，從而提高了GaN FET的價值。這是因為GaN FET具有零反向恢復(fù)損耗的特性。

金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)具有固有的體二極管，該二極管具有較大的反向恢復(fù)電荷，使得MOSFET在此拓撲中幾乎無法使用。碳化硅(SiC)在反向恢復(fù)電荷方面僅提供很小的改進。另一方面，LMG3624具有可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換速率，可幫助系統(tǒng)在電磁干擾(EMI)和效率之間找到適當?shù)钠胶狻?

圖3：圖騰柱PFC拓撲

用于QR、ZVS、LLC和升壓PFC拓撲的低功率GaN

雖然新的拓撲不斷涌現(xiàn)，但在傳統(tǒng)拓撲中采用集成GaN仍然具有明顯的優(yōu)勢。在QR反激式、ZVS反激式和傳統(tǒng)升壓PFC中引入GaN已變得司空見慣。只需用GaN FET替換一個開關(guān)FET即可提高效率和開關(guān)頻率能力(主要是由于 GaN 的輸入電容較低并減少了關(guān)斷損耗)。此外，LMG3624 GaN FET還具有低靜態(tài)電流的特點，進一步降低了待機模式下的功耗。QR、ZVS和升壓PFC拓撲也受益于LMG3624的集成無損電流檢測電路。

LLC諧振轉(zhuǎn)換器拓撲已存在數(shù)十年，LLC 在 USB Type-C 輸出電壓不占主導(dǎo)地位的固定輸出電壓應(yīng)用中很常見，例如筆記本電腦適配器和電視電源。與大多數(shù)半橋DC/DC拓撲相比，這種LLC拓撲還實現(xiàn)了同類最佳的變壓器效率。

概括

對更小、更高效的交流/直流解決方案的需求持續(xù)增長，消費者尋求更小、更易于攜帶的適配器。在工業(yè)應(yīng)用中，由于GPU(圖形處理單元)需要更多功率，因此PC需要高效電源(PSU) 。高端平板電視還需要更薄的PSU 。 LMG3624提供的功能和優(yōu)勢可以集成到本文中介紹的任何拓撲中，以幫助滿足這些應(yīng)用的要求。