在反激式转换器中实现低待机功耗和高效率

有没有想过充电器的功率水平如何不断增加（例如利用 USB Type-C 标准），但尺寸仍然很小？在充电器兼作暖手器并变得不可靠之前，我们只能在密封的塑料盒内消散这么多的电量。你必须达到更高的效率。

除了对高效率的需求之外，更严格的标准将使满足效率要求更具挑战性。欧洲行为准则（COC）有一项新标准将于2016年1月生效。如表1所示，15W低压电源必须达到优于81.8%的平均效率和优于72.5%的10%效率额定功率。

表 1：低压外部电源有源模式的能效标准 

在充电器中，耗散最大功率的组件通常是输出整流二极管。将 5V 手机充电器的效率提高 5% 或更多，或将 19.2V 笔记本电脑或超极本适配器的效率提高 2% 或更多的一种方法是用同步整流器 (SR) MOSFET 和控制器替换输出二极管。 

SR 控制器可以提高充电器的效率。TI 最近发布了具有超低待机电流的UCC24630 SR 控制器。

UCC24630SR控制器是一款高性能控制器和驱动器，面向用于二次侧同步整流的N沟道MOSFET电源器件。
控制器和MOSFET组合构成了一个近似理想的二极管整流器。该解决方案不仅可直接降低整流器的功耗，同时凭借着效率的提高还能够降低一次侧的损耗。
UCC24630采用伏秒平衡控制方法并且不与MOSFET的漏极直接相连，因此在较宽的输出电压范围内都是反激电源的理想选择。SR驱动关断阈值与MOSFETRDS(on)无关，这样可优化最长导通时间。另外，器件和布线电感所导致的二次侧电流振铃也不会影响SR关断阈值。

UCC24630 SR 控制器可以最大限度地提高效率，并且对待机功耗的影响非常小。图 1 显示了UCC24630芯片的典型应用。 

图 1：使用 UCC24630 的典型反激式转换器应用

同步整流通过用 IR 压降代替二极管正向压降，显着提高了效率。为了从控制器中获得最大收益，我们必须以最佳驱动电平和时序驱动 MOSFET。目前，大多数 SR 控制器都根据 VDS 电平感应原理来确定何时打开和关闭 SR MOSFET。两种流行的 VDS 感应控制器会影响 SR 导通时间或次级电流导通期间 MOSFET 漏极到源极之间的电压。第一种类型，固定阈值检测，导致 MOSFET 提前关闭，尤其是在 R DSON较低的情况下MOSFET旨在改善传导损耗。第二种类型，比例驱动，改善了导通时间，但牺牲了具有可变栅极驱动电压的 MOSFET 上的更高电压降。两者都对 MOSFET R DSON敏感。

UCC24630的驱动器时序基于伏秒平衡原理，可在全驱动电压下实现 SR 的准确时序。关断时序对 MOSFET R DSON不敏感。我们意识到使用较低 R DSON MOSFET 的好处，从而减少 SR MOSFET 中的传导损耗。以 5V 15W 充电器和 3.5mΩ SR MOSFET R DSON为例，UCC24630 SR MOSFET 损耗比固定阈值 VDS 感应低约 10%，比比例驱动 VDS 感应 SR 控制器低 35%。

对于那些具有严格空载功耗要求、自动检测低功耗工作模式和 110µA 的低待机模式电流的设计，负载影响极小：在典型的 5V 充电器上 <1mW。许多 SR 控制器消耗高达 1-2mA 的电流，这对于待机功率预算来说可能是一个很大的数额。在 19.4V 笔记本或超极本适配器中，这种 1-2mA 到 110µA 的差异转化为 SR 控制器增加的 17 到 34mW 功率。

对于更高功率的适配器，许多设计以连续导通模式 (CCM) 运行反激式转换器以提高效率。CCM 操作模式对 SR 控制器具有挑战性，因为在初级侧开关打开之前次级电流不会变为零。错误的时序可能导致初级侧和次级侧开关的交叉导通。UCC24630包括 CCM 死区时间控制，以确保 SR MOSFET 在初级开启之前关闭，从而消除交叉传导。

新标准使得在充电器中实现效率标准变得更加困难，但使用 SR 控制器（例如UCC24630）可以满足这些标准。对高效率的日益增长的要求如何改变了我们的设计方式？