STACF01演示板技术解析：65W USB-PD主动钳位反激方案设计

STMicroelectronics EVLSTACF01-65WU USB-PD演示板STACF01是一款65W有源钳位反激式 (ACF) 转换器，设计用于评估STACF01 ACF控制器。STMicroelectronics EVLSTACF01-65WU板可接收通用交流输入电压，并根据USB PD规格提供5V到20V的可选输出电压。在初级侧，STACF01与带高压驱动器的600V半桥增强型GaN HEMT MasterGaN1L搭配使用。STACF01集成了降压升压功能，使该设备可通过单个变压器辅助绕组实现低待机功耗。STACF01还集成了800V额定高压启动功能，提供全套保护和功能，如AC掉电、X-CAP放电、过载/短路保护和输出过压保护。二次侧采用基于SRK1004的同步整流，以提高效率。

数据手册：*附件：STMicroelectronics EVLSTACF01-65WU USB-PD演示板STACF01数据手册.pdf

特性

• 通用输入电压范围：90VAC 至264V AC ，47Hz至63Hz
• 最大输出功率：65 W
• 可选输出电压选项：5VDC 、9VDC 、12VDC 、15VDC 和20VDC
• 满载峰值效率：93.7%（在230VAC 时）
• 待机功耗
  • 46mW（115VAC 时）
  • 62mW（230VAC 时）

示意图

STACF01演示板技术解析：65W USB-PD主动钳位反激方案设计‌

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‌一、核心特性与系统架构‌

STMicroelectronics推出的EVLSTACF01-65WU是一款基于STACF01控制器的主动钳位反激（ACF）电源演示板，专为USB-PD适配器设计。其核心优势包括：

• ‌宽输入范围‌：支持90-264VAC全球电压输入，兼容47-63Hz电网频率。
• ‌高效能转换‌：峰值效率达93.7%（230VAC满载），待机功耗低至46mW@115VAC。
• ‌灵活输出‌：通过USB-PD协议支持5/9/12/15/20V多档输出电压可调。

关键器件组合：

• ‌主控芯片‌：STACF01（集成800V高压启动和X-CAP放电功能）
• ‌功率器件‌：MasterGaN1L（600V GaN半桥模块）
• ‌同步整流‌：SRK1004控制器

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‌二、关键电路设计解析‌

‌1. 输入滤波与整流‌

• ‌EMI抑制‌：采用π型滤波网络（C1/C2 47nF X2电容 + L1 10mH共模电感）
• ‌浪涌保护‌：NTC热敏电阻（B57237S0109M）限制启动电流
• ‌整流拓扑‌：GBL08 800V桥堆实现全波整流，后接120μF/400V电解电容（C3）储能

‌2. 主动钳位电路‌

• ‌GaN驱动‌：STACF01通过10Ω栅极电阻（R6/R7）驱动MasterGaN1L的HS/LS引脚
• ‌钳位电容‌：C4（150nF/450V）与D3（GF1M）组成能量回收通路
• ‌变压器设计‌：RM8磁芯变压器（T201210A-007）实现初级-次级隔离

‌3. 同步整流设计‌

• ‌SRK1004配置‌：通过0.39Ω电流检测电阻（R16/R18）实时监测次级电流
• ‌MOSFET选型‌：FDMS86180（100V/151A）作为同步整流管，由U4直接驱动

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‌三、性能优化设计‌

1. ‌低待机功耗实现‌
   • 采用STACF01内置Buck-Boost电路，仅需单辅助绕组（VAUX）供电
   • 关键器件：
     • D6（STPS3150U）超低反向恢复二极管
     • C29（47μF/50V）储能电容
2. ‌动态响应增强‌
   • 补偿网络：R8（20kΩ）+ C14（N.M.）构成Type II补偿
   • 带宽控制：C21（470pF）限制高频振荡
3. ‌保护机制‌
   • ‌过流保护‌：CS引脚通过0.39Ω电阻检测初级电流
   • ‌过压保护‌：DDZ9691-7（D7/D9）箝位输出电压
   • ‌过热保护‌：MasterGaN1L内置温度传感器

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‌四、PCB布局要点‌

• ‌功率路径‌：
  • 初级大电流走线宽度≥2mm（如BULK+至变压器路径）
  • 次级采用开尔文连接降低检测误差（SRK1004的SENSE引脚）
• ‌噪声抑制‌：
  • GaN驱动回路面积<1cm²（HS/LS走线平行等长）
  • 光耦U3（VOS617A）邻近COMP引脚布局

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‌五、测试数据与选型建议‌

• ‌效率曲线‌：

  负载条件	效率（230VAC）	效率（115VAC）
  20%负载	92.1%	90.8%
  50%负载	93.5%	92.3%
  100%负载	93.7%	92.0%

• ‌器件替代方案‌：

  • MasterGaN1L可替换为STDRIVEG600（需调整驱动电阻）
  • SRK1004兼容NCP4306（需修改反馈网络）