ST-ONE首款多合一控制器，用于小巧可爱的USB-C PD充电器

　　ST-ONE是世界上第一款在同一封装中集成Arm Cortex-M0+内核、有源钳位反激式控制器和USB Power Delivery3.1模块的数字控制器。结合我们的MASTERGAN功率级，ST-ONE可实现功率密度为30 W / in的小型充电器3.相比之下，目前的模型只提供了其中的三分之一。我们最近的演示展示了一个外观和感觉像智能手机充电器但可以为笔记本电脑供电的设备。此外，我们还提供开发板，以确保合作伙伴能够快速设计其产品。因此，我们预计第一批使用ST-ONE的产品将在今年年底或2023年初上市。

　　对更高功率密度的追求是什么样的？

　　在相同的外形尺寸中实现更大的功率

　　GaN器件的出现带来了更高的能源效率。从技术上讲，这可能意味着两件事：充电器在提供相同功率的同时变得更小，或者在相同的外形尺寸下提供更多功率。壁式充电器是独一无二的，因为它们已经变得尽可能小。制造商必须使用适合墙上插座的插脚，并遵守国际标准，例如爬电距离，它设定了两个绝缘体之间的最小空间。因此，这些考虑限制了壁式充电器的尺寸。因此，当工程师希望在相同的外形尺寸内提供更多功率时，GaN似乎是一个绝佳的解决方案。

　　氮化镓功率器件和新IC

　　氮化镓具有宽绷带，使其成为高压下更高效的功率器件。其较高的击穿电压和低导通电阻主要意味着它可以在更小的器件内支持比硅替代品更大的负载。然而，驱动GaN功率器件需要更多的复杂性，以最大限度地发挥其高开关频率的优势。例如，电路必须具有稳定的电源电压，并不惜一切代价避免杂散栅极噪声。在目睹了工程师面临的一些问题之后，我们编写了一份应用笔记，提供了驱动E模式GaN器件的最佳技巧。ST-ONE通过提供独特的一体化解决方案，代表了这个问题的另一种解决方案。

　　ST-ONE里面有什么？

　　初级侧

　　ST-ONE由两个主要部分组成：主侧控制器和次级侧控制器。前者使用高压启动发电机，直接连接到电源，可以处理高达800 V的尖峰。因此，它使团队无需添加外部检测电路。设计人员需要几个二极管来提供交流输入电压，其余的由ST-ONE完成。我们甚至包括一个X电容（X-Cap）放电电路，这通常是安全法规规定的。此外，初级侧还包括有源箝位反激式，这对于驱动GaN功率器件至关重要。该控制器的工作频率高达1 MHz，支持低静态电流，用于空载功耗。

　　次级侧

　　在副边，ST-ONE包括一个同步整流器，而不是一个更传统的二极管，以提高能源效率。同样，它包括一个24 V N沟道负载开关栅极驱动，因此工程师在使用双角色USB-C端口时不必添加大量外部元件来断开输出电压。此外，ST-ONE反映了我们在USB-C PD生态系统上的工作，因为它包括一个能够支持专有接口的复杂供电控制器。C 型 PHY 控制器的存在也简化了设计操作。显然，二次侧进行了优化，以确保更高的效率、更短的市场时间和更低的物料清单。

　　创新

　　在次级侧的所有组件中，定制的Cortex-M0+内核无疑是解释今天ST-ONE成为可能的功能之一。事实上，使用传统的STM32成本太高，体积太大。然而，凭借我们在微架构和USB-PD系统方面的专业知识，我们设计了一种定制设备，使这种集成解决方案变得可行。

　　该微控制器包括 64 KB 闪存、8 KB RAM 和一个 12 位模数转换器，用于控制 AC/DC 级和 USB-PD 协议，从而满足 GaN 器件的快速开关要求。我们还包括一个优化计算的有限状态机。因此，我们可以用更少的晶体管制造更小的芯片，同时保持最佳性能。

　　使ST-ONE成为可能的另一项创新是初级侧和次级侧之间的电流隔离。传统上，工程师会使用光耦合器。然而，通过提供嵌入式9.6 kV电气隔离双通信通道，ST-ONE不仅将两侧容纳在一个屋檐下，而且符合IEC 62368认证。因此，使用新型一体化设备的工程师可以更加放心，如果他们遵守我们的实施，他们的产品将获得监管部门的批准。

　　如何利用ST-ONE的优势？

　　开发板

　　为了帮助工程师入门，意法半导体发布了EVLONE65W评估板。它包括一个ST-ONE和一个MASTERGAN4。针对 65 W 应用，它可以作为消费类或工业产品的参考充电器，因为该板打开了 ST-ONE 的所有功能。设计人员可以用平面变压器替换铜芯，以缩小设计范围。供电模块还提供开箱即用的五个配置文件。此外，它还展示了器件的保护措施，例如过流、过热、过压或欠压保护等。STDES-65ACFADP是类似的参考设计，峰值效率为93.7%，并使用带有MASTERGAN2的平面变压器。

　　软件和图形用户界面

　　意法半导体正在开发软件和图形用户界面，以帮助开发人员更快地定义他们的配置文件。该代码将通过主要认证。因此，虽然监管机构要求每个最终产品都获得认证，但使用ST代码对于加快这一过程至关重要。该固件还将帮助设计人员在其设计中添加第二个USB-C端口。事实上，虽然 IC 需要为第二个端口提供额外的降压-升压，但 ST-ONE 可以配置为便于使用额外的连接器。GUI还将有助于利用MCU的有限状态机，使它们更易于访问并加速开发。

　　审核编辑：郭婷