【導讀】安森美(onsemi)最近推出一款100 W USB PD參考設計，此設計支持PD 3.0
、PPS，最大輸出功率100 W
，在115 VAC和230 VAC的平均能效達到92%，滿載能效超過92%，外形小巧僅65 mm x 65 mm x 28 mm，適用於手機快充、筆記本電腦等應用。

圖1：100 W Type-C PD適配器方案外形

該方案采用NCP1623A 功率因數校正(PFC)控製器、NCP1343多模式高頻準諧振(QR)反激式PWM控製器、NCP4307同步整流控製器、結合FUSB15101支持可編程電源(PPS)的USB Type-C PD 3.1電源控製器，交流輸入電壓範圍90 V到264 V，輸出電壓範圍3.3 V到21 V。

其中
，NCP1623A基於創新的穀底同步頻率反走(VSFF)，重載條件下工作在臨界導通模式(CrM)，輕載時進入非連續導通模式(DCM)
，確保在各種負載下都提供極高能效。NCP1623A提供兩級輸出電壓：當輸入低於146 VAC時輸出250 V，輸入高於163 VAC時輸出390 V，其跟隨器升壓能力還大大提高低壓時的能效， 相比較傳統固定輸出
，在低壓可提高PFC效率1.5~2%。

NCP1343集成功率擴展模式(PEM)，在低壓輸入、20 V輸出時，0到滿載負載突變情況下，在PFC沒啟動之前可進入CCM模式來減小初級峰值電流，最小化變壓器尺寸和PFC輸出電容, 相比較傳統的QR控製器
，在滿載時可降低25%的初級峰值電流。跳周期模式(quiet-skip)最小化可聞噪聲。

NCP4307的自供電能力和雙Vcc引腳配置選項，使得在低輸出時省去外部Vcc電路
，也可配置為高邊或低邊工作。

圖2：電路原理圖(PFC部分)

圖3：電路原理圖(PWM和協議部分)

提高工作頻率可縮小電源尺寸
，該設計在264 VAC、滿載的情況下


，頻率達190 KHz
，還可驅動氮化镓(GaN)以進一步提高開關頻率，降低損耗。

除了高能效和小外形的優勢
，該100 W USB PD參考設計還集成豐富的保護功能，包括過壓保護(OVP)
、過流保護(OCP)、短路保護(SCP)、開環保護等，提供高可靠性。

能效測試

我們測試了該100 W USB PD適配器參考設計在115 VAC(藍色曲線)和230 VAC(紅色曲線)輸入電壓的平均能效和輕載(10%負載)能效，從下麵曲線圖可看到都遠高於COC V5 Tier 2平均能效標準和COC V5 Tier 2輕載能效標準(紫色曲線)，整個負載範圍內的待機功耗低於70 mW。

圖4：平均能效和10%負載能效遠超COC V5 Tier標準

性能測試

經測試
，該100 W USB PD適配器參考設計在各種負載條件下的紋波和噪聲都低於60 mV，動態性能穩定，EMI和熱性能優良。

圖5：100 W USB PD適配器參考設計在90 VAC時的紋波

圖6：100 W USB PD適配器參考設計熱成像

總結

該100 W USB PD參考設計能效遠超COC V5 Tier 2標準，並具有高功率密度和高可靠性
，顯著的優勢包括：采用2級PFC輸出，提升低壓時的能效
；當PFC開始工作在一定功率時

，功率擴展模式(PEM)控製器支持向更大的功率轉換；相較於QR控製器，隻需要68 uF PFC輸出電容
，從而最小化電容器尺寸並降低成本。

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