第一個(gè)趨勢是對多端口適配器的需求。傳統的手機隨附適配器無(wú)論功率多大，都只提供單個(gè)USB端口。一旦不再附送適配器，傳統的“one phone, one adapter（一部手機配一個(gè)適配器）”的概念就變得毫無(wú)意義，因為客戶(hù)開(kāi)始更喜歡多個(gè) USB 端口設計的適配器?，F代消費者在日常生活都會(huì )用到大量的電子設備（例如手機、平板電腦和筆記本電腦），無(wú)論在家中還是在旅途中，擁有一個(gè)可以同時(shí)為多個(gè)設備供電的適配器，當然是首選的充電方式（見(jiàn)圖 1） 。 

 

圖1: 帶3C1A USB端口的100W適配器

 

第二個(gè)趨勢是適配器需要可以適用于超過(guò)100W的更高功率水平。由于快充技術(shù)的發(fā)展，大多數適配器的功率水平也在不斷提高。USB PD協(xié)議允許高達20V的充電電壓和5A充電電流。

 

迄今為止，出于量產(chǎn)成本以及單個(gè)便攜式設備實(shí)際充電要求等考慮，市場(chǎng)上的大多數產(chǎn)品附送適配器功率仍低于65W。

 

但由于為多個(gè)設備充電需要更高的功率，許多零件市場(chǎng)的多端口適配器已經(jīng)超越了傳統的功率限制。而且，因為可以為更多設備充電，更高的成本也變得可以接受。因此，額定功率超過(guò)100W的大功率適配器正逐步成為主流產(chǎn)品。

 

對于最高功率65W的適配器，單級反激拓撲一直以來(lái)都是最常用的解決方案。特別是對具有寬輸入和輸出電壓范圍的單端口快充適配器而言，反激解決方案無(wú)需額外的 DC/DC 功率級即可適應多種電壓組合。然而，基于上述趨勢，市場(chǎng)需要快充適配器解決方案有所變革。

 

首先，大多數地區對電源都有強制的功率因數規范，當額定功率超過(guò)一定水平時(shí)，需要在前端進(jìn)行功率因數校正（PFC）。其次，反激解決方案很難滿(mǎn)足100W以上應用的效率和功率密度要求。

 

由于多端口適配器要求每個(gè)端口都能夠獨立調節輸出電壓，因此每個(gè)端口必須有自己的 DC/DC 級。這意味著(zhù)主電源只需要提供固定的輸出電壓即可，無(wú)需提供可調電壓。這使得兩級PFC + LLC 組合控制器成為更適合多端口大功率適配器的解決方案。LLC 是一種諧振變換器，它可在寬負載范圍內實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān) (ZVS)。輸入端為PFC，輸出端為 DC/DC，LLC 解決方案實(shí)現了比反激解決方案更高的效率和功率密度。圖 2 顯示了典型的PFC + LLC 解決方案。 

 

圖2: 采用HR1211實(shí)現的典型PFC + LLC控制器解決方案

 

我們以MPS的HR1211為例進(jìn)行說(shuō)明。HR1211是一款數字 PFC + LLC combo控制器，可用于大功率多端口PD適配器設計。

 

該PFC + LLC combo控制器是多端口適配器的理想解決方案。HR1211中的混合控制方案允許PFC 級的連續導通模式 (CCM) 和斷續導通模式 (DCM)。在滿(mǎn)載條件下，CCM降低了傳導損耗（尤其是在低壓線(xiàn)路輸入時(shí)）和電感尺寸要求。與此同時(shí)，LLC 級通過(guò)自適應死區時(shí)間追蹤技術(shù)實(shí)現了電流控制模式，保證了ZVS 操作在任何條件下都具有最小死區時(shí)間。這最大限度地降低了LLC 變換器的開(kāi)關(guān)和傳導損耗。這些特性對實(shí)現高效率和高功率密度至關(guān)重要。在具有 3C1A USB 端口的100W PD 適配器中，從 AC 到 LLC 輸出的滿(mǎn)載效率接近95%（參見(jiàn)圖 3）。 

 

圖3: 100W適配器設計中的HR1211滿(mǎn)載效率

 

基于此，我們可以在非常小的尺寸 (76mmx61mmx29mm) 下實(shí)現100W大功率適配器，而且可以輕松控制溫升。圖 4顯示了在 20V/5A 的連續滿(mǎn)載工作條件下，該解決方案的最高溫度為 77°C。 

 

圖4: 在連續20V/5A 輸出條件下的熱性能

 

HR1211的專(zhuān)有控制方案還具有卓越的輕載性能。隨著(zhù)負載的降低，該解決方案將逐步將PFC 操作從CCM模式改為DCM模式，并降低開(kāi)關(guān)頻率。在輕載條件下，LLC 控制采用跳頻模式和突發(fā)模式來(lái)降低 LLC 變換器的等效開(kāi)關(guān)頻率，從而降低開(kāi)關(guān)損耗。

 

圖 5 顯示了在輸出電壓為20V時(shí)，USB Type-C 輸出之一從10%負載到滿(mǎn)載時(shí)的效率。PFC + LLC combo可以分別實(shí)現88.3%的高壓線(xiàn)路平均效率和89%的低壓線(xiàn)路平均效率，輕松滿(mǎn)足全球效率規范。 

 

圖5: USB Type-C輸出效率

 

該解決方案的另一個(gè)好處是采用數字化設計，更具靈活性。它不僅外部電路相當簡(jiǎn)單，而且HR1211芯片具有數字內核和多次可編程（MTP）存儲器，因而具有豐富的可編程性?？梢酝ㄟ^(guò)基于 UART 的通信接口和圖形用戶(hù)界面 (GUI) 編程各種操作模式里的關(guān)鍵參數、開(kāi)關(guān)特性、調整率以及轉換閾值。

 

憑借這種靈活的數字化設計，我們可以根據給定設計輕松優(yōu)化效率、紋波、噪聲和保護等各類(lèi)性能（參見(jiàn)圖 6）。這一點(diǎn)對快速發(fā)展的市場(chǎng)（如大功率快速充電適配器）尤為重要。一旦市場(chǎng)對電源規格、外形規格或性能規范提出新的需求，PFC + LLC combo控制器都能夠快速做出響應。 

 

圖6: HR1211圖形用戶(hù)界面

 

快充適配器市場(chǎng)不斷發(fā)展，超過(guò)100W 的大功率適配器以及具有多個(gè)USB PD端口的新型適配器需求不斷涌入。HR1211這種數字PFC + LLC 控制器解決方案可以很好地滿(mǎn)足此類(lèi)需求，其出色的效率、性能、功率密度和靈活性將助力適配器市場(chǎng)進(jìn)入新時(shí)代。

 

 

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。

 

推薦閱讀：