ST 基於ST-ONE數字控制器和MasterGaN2設計的65 W ACF USB PD之適配器應用方案STDES-65ACFADP 介紹

    STDES-65ACFADP是一款用於USB Type-C的65W 有源箝位反激式適配器參考設計,在整個操作負載範圍和通用電源輸入電壓範圍內均顯示出高效性能。該參考設計為採用平面變壓器技術的緊湊型解決方案開闢了道路,並提供滿載時的峰值效率為93.7%。它還滿足CoC 2級和DoE 6級平均效率要求。軟開關拓撲有助於降低開關損耗,同時低靜態電流消耗使其成為同類產品中最佳的空載消耗。該DEMO板主要用ST-ONE數字控制器來實現專有的ZVS有源箝位反激,具有低RMS電流,從而實現了高性能。該控制器承諾提高廣泛的AC-DC適配器的效率,包括筆記本電腦和智慧型手機充電器,完全符合USB-PD 3.1。使用ST-ONE中嵌入的同步整流數字控制將二次損耗降至最低。初級側由於MasterGaN2的性能,降低了開關和傳導損耗,消除了反向恢復損耗,從而確保了更高的效率。高度集成的MasterGaN IC,所以無需再考慮GaN驅動的複雜性,即可享受GaN技術的好處,增強了應用的穩定性和PCB布局的簡化。

    新型ST-ONE控制器基於先進的氮化鎵(GaN)半導體技術驅動ST MasterGaN功率輸出模塊。氮化鎵晶片可顯著節省能源並縮小設備尺寸。USB Type-C的設計者™ 符合Power Delivery標準的適配器和壁裝充電器可以從ST-ONE+MasterGaN中受益,這是用於USB-PD充電器的最高功率密度解決方案。

MasterGaN 2的介紹:

     MasterGaN的設計,展示了新款高集成度器件如何提高功率密度、能效,簡化產品設計,縮短上市產品上市時間。利用GaN功率電晶體的高能效,參考設計一次側採用無散熱器設計。此外,GaN電晶體的開關性能出色,工作頻率高於普通矽基MOSFET解決方案,因此可以使用較小的電磁元件和電容,實現更高的功率密度和更低的物料清單成本。ST的MasterGaN是集成一個STDRIVE半橋柵極驅動器和兩個650V增強型GaN電晶體,目前MasterGaN系列有對稱和非對稱配置的MasterGaN1/2/3/4/5,其中MasterGaN1/4/5是對稱配置集成了兩個上下管內阻一樣的GaN,採用9mm x 9mm的薄型GQFN封裝,封裝內部電路額定電壓最高650V,高低壓焊盤之間的最高爬電距離超過2mm。

    MASTERGAN2是一款先進的封裝電源系統,集成了一個柵極驅動器和兩個不對稱半橋結構的增強型GaN電晶體。集成功率GaN具有650 V漏源阻斷電壓和150 m的RDS(ON)Ω 和225米Ω 分別用於低端和高端,而嵌入式門驅動器的高端可以很容易地由集成自舉二極體提供。MASTERGAN2在下部和上部驅動部分都具有UVLO保護功能,可防止電源開關在低效或危險條件下運行,聯鎖功能可避免交叉傳導條件。輸入引腳擴展範圍允許與微控制器、DSP單元或霍爾效應傳感器輕鬆連接。該器件採用緊湊的9x9毫米QFN封裝。工作溫度範圍在-40°C至125°C的工業級產品。
 

ST-ONE 的介紹:

    ST-ONE是世界上第一個將基於Arm®Cortex®-M0+內核的可編程脫機電源控制器、內置64kB閃存、高壓啟動電路、同步整流控制器和USB電源傳輸(USB-PD)電路集成在一個軟體包中的具有二次側數字離線控制器,通過USB-PD 3.1 PPS 認證。它針對基於新型非互補有源鉗位反激拓撲的設計進行了優化,該拓撲在65 W以上的大功率設計中比其他拓撲具有更高的效率。專門用於採用智能充電解決方案(包括USB-PD)的有源箝位反激變換器。該設備在一次側包括一個有源鉗位反激控制器及其啟動,在二次側包括微控制器和控制轉換和通信所需的所有外圍設備。雙方通過嵌入式電隔離通信信道連接。設備在出廠時已加載固件,該固件處理電源轉換和USB-PD的通信協議,包括可選PPS和電子標記電纜管理、SCP、FCP和QC 3.0 HVDCP B級。通過使用非互補的有源鉗位反激和專用電源模式,該設備可以實現高效率和低空載功耗。專用內存存儲出廠過程中的默認設備配置。用戶可以更改或調整此存儲區域以符合最終產品規格。


Demo 板原理圖:

   

►場景應用圖

►產品實體圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►核心技術優勢

1, 較少的外部輔助器件,集成32位 Cortex M0+ core 實現數控一體平台; 2, 超高功率密度(30W/inch3),有利於產品小型化; 3, 高達1MHz的開關頻率操作,適用於GaN和平面變壓器; 4, 優化同步整流數字控制,嵌入式6 kV電氣隔離; 5, 內部嵌入式高壓啟動、X-CAP自放電線路和負載開關功能,各種安全保護線路; 6, 非常緊湊及簡單的PCB布板;

►方案規格

•通用輸入電源範圍:90 Vac至264 Vac-頻率47 Hz至63 Hz •輸出電壓範圍:5 VDC-20 VDC •PD輸出:–五個固定PDO: 5V@3A,9V@3A,12V@3A,15V@3A,20V@3.25A. •輸出功率:20 V-3.25 A,最大65 W。 •形狀係數:54 mm(長)*31 mm(寬)*25 mm(高) •效率:滿足CoC Tier 2和DoE Level 6效率要求,最高效率為93.7#0伏交流電壓65瓦 •ACF一次側和二次側的數字控制 •集成GaN IC MASTERGAN2 •緊湊、簡化的PCB布局,減少材料清單 •符合EMC:CISPR32B/EN55032B •平面變壓器技術,實現高功率密度

技術文檔

類型標題檔案
硬件Test_rpt
硬件materials- data brief- technical note_ zip
硬件keypart