為主控制器提供偏置功率需要在變壓器上進(jìn)行輔助繞組以及整流和過(guò)濾電路。更糟糕的是，USB PD充電器輸出電壓的范圍很大。例如，USB PD標(biāo)準(zhǔn)功率范圍涵蓋了從5 V到20 V的輸出電壓，最新的USB PD擴(kuò)展功率范圍使輸出電壓升高至48V。由于輔助電壓與輸出電壓成正比，因此主控制器上的偏置電壓范圍會(huì)增加，需要額外的電路和降解效率。在此功率提示中，我將引入一種自偏的反式轉(zhuǎn)換器解決方案，以應(yīng)對(duì)這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
　　處理廣泛的偏置電壓　　圖1，圖2，圖3和圖4顯示了處理USB PD充電器應(yīng)用中寬偏置電壓范圍的四種不同方法。常規(guī)方法包括使用線性調(diào)節(jié)器，輕拍的輔助繞組，甚至添加額外的DC/DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器來(lái)調(diào)節(jié)偏置電壓。所有這些方法都將增加組件計(jì)數(shù)，增加成本或增加功率損失。另外，自偏見(jiàn)完全消除了外部組件并提高效率。

　　GigadeVice的雙功率供應(yīng)SPI和1.2V SOC的閃光燈一半閱讀功耗GigadeVice的雙功率供應(yīng)SPI和1.2V SOC的閃光燈一半閱讀功耗03.11.2025

　　圖1使用離散線性調(diào)節(jié)器的具有較大輸出電壓范圍的應(yīng)用的偏置電路。資料德州儀器

      圖2使用輔助繞組的偏置電路，用于具有較大輸出電壓范圍的應(yīng)用。資料德州儀器

    圖3使用Boost轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用具有較大輸出電壓范圍的應(yīng)用的偏置電路。資料德州儀器

     圖4使用自偏置VCC的應(yīng)用寬輸出電壓范圍的應(yīng)用。資料德州儀器VCC自偏見(jiàn)

　　飛回控制器始終可以直接從整流的交流輸入電壓中獲得偏置功率，但這會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的功率損失。自偏見(jiàn)的關(guān)鍵是從功率階段收獲能量，這可能來(lái)自兩個(gè)來(lái)源。一個(gè)是開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容器存儲(chǔ)的能量。另一個(gè)是存儲(chǔ)在變壓器的主要側(cè)繞組中的能量。 

    如圖5所示，基于輸入和輸出條件理想情況下，集成的自偏電路可以同時(shí)進(jìn)行。

　　圖5自偏電路從開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容或磁性電感中收獲能量。資料德州儀器圖6顯示了開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容器的能量收集。這可以節(jié)省效率，因?yàn)樗梢栽诿總€(gè)切換周期中回收切換節(jié)點(diǎn)電容器中的能量存儲(chǔ)。如果當(dāng)反射輸出電壓與輸入電壓相同時(shí)，例如AC低線輸入，則會(huì)發(fā)生天然的零電壓切換，并且開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容器中沒(méi)有能量，電感器能量收集將產(chǎn)生生效，其中一小部分主開(kāi)關(guān)通過(guò)內(nèi)部路徑將電流定向到VCC CAP。

　　圖6 VCC自偏行操作：（a）開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的電容器能量收獲，（b）通過(guò)主要電流收集電感器能量。資料德州儀器實(shí)現(xiàn)無(wú)輔助感
　　許多飛回控制器使用輔助繞組來(lái)感知輸入和輸出電壓，并檢測(cè)條件，例如輸出過(guò)電壓或輸入欠壓。使用自偏的飛回轉(zhuǎn)換器，可以使用開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行輸入和輸出電壓傳感。如圖7所示，感應(yīng)的電壓是輸入和反射輸出電壓的總和。由于主要繞組的平均電壓為零，因此開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓的平均電壓等于輸入電壓。　　對(duì)于輸出電壓傳感，它可以采樣反射的輸出電壓，并且需要告知控制器與使用電阻器可編程引腳的精確轉(zhuǎn)彎比（TI TI TI TR PIN（TI）UCG288266）。

　　圖7無(wú)輔助電壓傳感，其中感應(yīng)電壓是輸入和反射輸出電壓的總和。資料德州儀器一旦配置正確，UCG28826等自偏的設(shè)備就可以準(zhǔn)確地提供各種保護(hù)措施，例如耗壓和過(guò)電壓保護(hù)。圖8顯示了USB PD應(yīng)用程序中的UCG28826?！　D8使用UCG28826的自偏見(jiàn)USB PD設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可以準(zhǔn)確地提供各種保護(hù)措施，例如耗壓和過(guò)電壓保護(hù)。資料德州儀器圖9顯示了故意斷開(kāi)反饋引腳后的過(guò)電壓保護(hù)波形，這是單個(gè)故障條件。當(dāng)輸出量升至24.4 V時(shí)，對(duì)于名義20 V輸出，控制器會(huì)感覺(jué)到輸出電壓并觸發(fā)過(guò)電壓保護(hù)。

　　圖9無(wú)輔助感應(yīng)示例過(guò)電壓保護(hù)。通道1（CH1）是VOUT，通道2（CH2）為VSW。資料德州儀器原型和測(cè)試結(jié)果

　　圖10顯示了帶有集成GAN功率開(kāi)關(guān)的TI通用AC輸入65W雙USB Type-C端口USB PD充電器參考設(shè)計(jì)。由于UCG28826中的簡(jiǎn)化自偏和集成的GAN開(kāi)關(guān)，參考設(shè)計(jì)的功率密度為2.3 W/cm 3和AC/DC階段的效率為93.2％。無(wú)輔助設(shè)計(jì)還簡(jiǎn)化了變壓器制造并降低成本。表1總結(jié)了65 W設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　圖10通用交流65-W參考設(shè)計(jì)板。資料德州儀器