我们生活在一个越来越移动化的世界里

电子设备随着科技的进步变得越来越小

我们预见这一趋势也将持续下去

我们想要电子设备的屏幕变得越来越大
电池续航时间变得越来越长
但我们现在正处于一个临界点
这个临界点不是来自电子设备本身
而是来自电池充电器
这个经常被忽略的器件非常重要
因为它提供了电子设备运行所需要的能量
并且前面提到的大屏幕长续航的要求正导致这些充电器变得越来越大
除非有新的解决办法
不然这些瓶颈将影响电子设备的便携性
我们需要重新思考充电器的工作原理
当前市面上的大部分充电器都是基于反激拓扑结构
反激在低功率范围确实是一个主流的拓扑选择
因为转换同样的功率所需要的元件数量较少
像所有其他的开关电源拓扑一样
反激拓扑的工作方式也是以几百kHz的开关频率切换FET的开关状态
FET的开关频率直接影响到充电器的体积
开关频率越高
充电器越小
但开关频率会有上限
第一个问题来自于变压器的漏感
当主边的FET关闭时
储存在变压器寄生电感中的能量会耗散在缓冲电路中
如果开关频率太高
这部分功率损耗会大幅度增加而导致电源显著变热
而有源钳位反激拓扑可以解决这个问题
在有源钳位反激拓扑中
变压器漏感的能量并不被耗散掉
而是会先被储存在钳位电容里然后再被传递到输出端
有源钳位反激拓扑优点不仅限于此
通过智能化的控制有源钳位电路
主边的FET可以实现零电压开启（ZVS）
从而消除这个主要的开关电源损耗来源
效率得到进一步提高
ZVS的实现使我们可以使用更高的开关频率从而减小充电器的大小
有源钳位反激拓扑优势还不仅限于此
如果我们用氮化镓（GAN）取代基于硅的FET
实现ZVS所需要的能量会大大降低
这样我们就可以使用更高的开关频率
充电器的大小将缩小至一半
使用GaN的30W充电器（中）体积要比传统24W充电器（右）小得多
但是可靠的控制有源钳位反激拓扑并不简单
在过去
市面上并没有快速且智能的控制芯片产品来实现这个拓扑
不过德州仪器的UCC28780控制芯片将改变这一局面
通过集成多种先进的功能比如自适应、自调节的ZVS和脉冲模式
UCC28780化繁为简
使有源钳位反激拓扑在充电器中的应用成为现实
UCC28780既可以控制基于硅的也可以用于控制基于氮化镓的主边FET
为了达到严格的效率标准比如DoE level VI和CoC Tier 2
德州仪器也发布了一款UCC28780配套使用的同步整流管控制器UCC24612
使用这一款同步整流控制器
副边可以使用效率更高的同步整流管来取代二极管