USB Type-C 能达到以往任何 USB 版本更大功率

在计划写本篇博客时，我在谷歌趋势中输入了“Type-C”。如图1所示，自2015年以来对这一词语的兴趣一直在上升。

 

 

图1：谷歌趋势上的兴趣走势图（关键词：Type-C）

USB Type-C设备在现实世界中也越来越流行，许多流行的手机和平板电脑采用USB Type-C接口。我预计在未来几年采用USB Type-C接口的产品将迅速增加。

为什么功率为15W（5V3A）？

除了具有正反都可插的插头，USB Type-C可提供比以往任何USB版本更大的功率。虽然对于USB 3.1和USB充电，USB Type-C可支持高达100W的功率，但是系统设计者必须仔细选择功能，保持合理的整体成本。

USB Type-C接口采用了15W功率，是标准USB 2.0充电速率的六倍。

对于大多数智能手机和平板电脑，15W已经足够，而且成本合理。 

二极管整流和PSR被广泛用于电流低于2A的适配器

以前的手机电源适配器的正常的功率为5V/2A或更低。因为简单，可以去除光隔离器和可编程基准，初级侧调节（PSR）常常用于AC/DC转换。因为负载电流不高，在这个功率水平上使用了二极管整流器。图2为带二极管整流的简化PSR电路图。

 

 

简化电路图

 

 

图2：带二极管整流的UCC28704典型应用电路

 

同步整流（SR）是解决5V/3A适配器PSR设计挑战的最佳选择

PSR消除了对次级侧反馈元件和光学耦合器的需求，从而节省了成本。然而，采用PSR+SR的设计并不像只使用PSR一样简单。

大多数PSR控制器会在次级二极管的电流变为零时检测的拐点辅助线圈的电压，因为辅助线圈上的电压最接近VOUT/Na，其中Na是辅助线圈与次级线圈的比率。

如果使用SR，在次级导通时间结束后，体二极管导通时辅助线圈上会发生电压凸点，请参考图3。这凸点将影响对PSR检测机制，引起稳定性问题，可能表现为异常纹波。

 

 

 

图3：辅助线圈电压波形细节

 

如何稳定PSR+SR

为了稳定PSR + SR，UCC28704（PSR控制器）数据表可以让SR驱动器稳定工作变得更简单，需要仔细设计的参数有tBW、tDMAG和工作频率。其中tBW是SR凸点宽度，tDMAG是次级整流器导通时间。

当使用带有SR的UCC28704时，决定最大开关频率的关键参数是基于tDMAG（min）确定的。tDMAG（min）需要大于2.45μs，包括750ns的SR凸点宽度（tBW）。内部电路需要750ns（tBW）过滤掉VS引脚波形上检测到的由MOSFET体二极管导通引起的SR凸点变化。

在恒流工作的起始点测得的相应开关频率不应大于55kHz。

采用UCC28704（PSR控制器）和UCC24636（SR控制器）的5V/3A设计

根据上述指导原则，我设计了如图4所示的5V/3A电路板。其纹波低于150mV，效率曲线如图5所示。

 

 

  图4：符合OE6和COC V5 Tier 2标准的TI Design通用交流输入至5V/3A输出参考设计电路原理图

 

 

 

图5：效率曲线

在115VAC和230VAC输入的150mΩ电缆端测量的四点平均效率分别为83.4％和83.2％。

COC Tier 2 2016标准要求为满载时效率为81.8％，10％负载时效率为72.5％。

该电路板可以满足CoC Tier2标准合规要求，即使使用150mΩ电缆也足以满足标准。

 

总结

遵循UCC28704数据表中的指导原则，可以克服这些限制，制作出低成本的PSR + SR设计，同时对USB Type-C适配器具有足够高的效率。

其他信息：

从UCC28704数据表和UCC24636数据表更多地了解PSR + SR如何工作。

使用UCC28704和UCC24636符合DOE6和COC V5 Tier 2标准(PMP15002)的TI Design通用交流输入至5V/3A输出参考设计。

阅读Anwar Sadat的论文《低成本实施USB Type-C》。

TI Designs参考设计符合Tier 2 2016标准(PMP11612)的通用交流输入至5V/2A输出参考设计是符合CoC V5 Tier 2标准的5V/2A解决方案。

了解USB Type-C DFP充电器5V3A SSR控制适配器参考设计。