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在使用笔记本电脑和智能手机时，用户都希望充电越快越好，充电电源越小越好，因此从设备厂商到电源芯片厂商都在极力向着这个目标奋斗。但是电源适配器在小型化的过程中也面临很多挑战，比如：每个充电器在满载、半载、轻载以及待机时都希望达到高能效，我们针对轻载如何提高能效？随着元器件数量增加，密度变高，排列就会很紧凑，容易产生干扰，怎样同时做到高性能、EMI 低、元器件数量少？ 除此之外，还要能涵盖从手机到笔记本尽可能广泛的充电应用，更重要的是性价比要高。
为了帮助用户解决这些问题，安森美推出了自适应有源钳位反激控制器 NCP1568 和 700V 半桥驱动器 NCP51530，在拓扑结构、性能参数等方面进行了调整。据安森美半导体模拟方案部交流 - 直流电源管理高级市场推广经理蒋家亮介绍，“NCP1568 ACF 控制器具备先进的功能和灵活的操作，有助于提供卓越的能效，同时使用了 SJ FET 或 GaN FET，且只需少量外部器件就可实现高密度的设计。NCP51530 驱动器是一款高速、高性能、强固的电源方案，包括针对汽车应用的 AEC Q-100 认证选择。”
有源钳位反激拓扑实现高能效、低 EMI
在传统的反激拓扑架构中，开关包含一个变压器和一个 Mosfet。在开关时会产生振铃，它会产生高频的 EMI，使得变压器漏电，耗散在缓冲器或者钳位电路中，难以在生产中控制和最小化。对于 Mosfet 损耗，应该选择 Rd（on）FET 减少高压损耗，在 90V 是降低能效时可能需要更好的散热器。如果不想产生 EMI，需要周边的振铃电路来吸收，吸收掉就等于损耗掉，因此跑高频越多损耗越多，因此传统的反激拓扑结构不能跑到高频。
对比用有源钳位反激架构，在上面多加一个 Mosfet 和一个电容，在同样有吸收能量的地方，当 Mosfet 关时，全部能量会存储在电容里，有需要时再重新利用这部分能量。只要把 Mosfet 的开关电压设置为零伏，下边的 Mosfet 就等于是零伏的电压开关，等于没有损耗。当 Mosfet 关掉时，可以把 EMI 损耗的能量全部重新利用，传递到二极管，等于整个电源转换过程不会有损失，这样既可以做高频，也可以实现低 EMI，同时还会保持高能效，这就是有源钳位反激架构的优势。
极大缩小电源适配器体积
NCP1568 具有三种控制模式：第一，控制模式具有支适应零电压开关（ZVS）频率调制，支持可变的 Vout，集成自适应死区时间，可以进行峰值电流模式控制；第二，非连续导通模式及轻载模式，可选过渡至 DCM 模式，频率返走，最小 31kHz 的频率钳位，静音跳跃消除可闻噪声，待机功耗小于 30mW；第三，高压（HV）启动，700V HV 启动 JFET，集成高压开关节点检测以优化 ZVS，内置欠压和 X2 放电。
关于自适应零电压开关频率可调节这一特点，蒋家亮解释，“对于 USB Type-C 和 USB PD 应用，可以充手机的 5V，也可以充笔记本的 20V。另外，根据功率的不同，负载点的开关会做优化，减少开关导通损耗；自适应死区的时间也是确保每个周期开关状态最佳。IC 需要将周期调到轻载、待机部分，以前反击做到非常低的待机，可能有声音，可以多加静音的方式。当一个频率返走的时候，我们可以把频率从 29K 马上调到 800Hz，中间可以从 29K 变成 20K 或者十几 K，这不好做，所以就是把中间的频率跳过。如何从 29K 开关频率马上跑到 800Hz？1K、2K、3K、5K、10K 这些人比较容易听到的频率全部跳过，马上跑到 800Hz，也可以做到很低音的效果，这就是静音跳跃消除可闻躁声的效果。”
NCP1568 USB PD 65W 超高密度演示板
iPhone8 和电源适配器比较图
如图所示，采用 NCP1568 USB PD 65W 超高密度演示板的电源适配器相当于 iPhone8 手机的 1/3。演示板采用了有源钳位反激及 DCM 工作模式，满载能效在 120V 时可以达到 94%，在 230V 时可以达到 94.6%，采用的是超结（SJ）FET，蒋家亮表示，“在 94%的效率下基本不需要散热器，如果采用氮化镓材料，满载能效可能会达到 95%多点。功率密度跟损耗永远都会有一个平衡点，在满载功率 94%时不用散热片，假如用同样的板子跑高频，变压器更小，板更小，大概相当于现在的 2/3，同样达到 94%的能效，发热机会大。因为损耗是固定的，面积小了，发热提高了，所以要额外多加一些铜片散热，电压可靠性会高。”
氮化镓要选对拓扑结构才能发挥优势
目前氮化镓价格较贵，所以在高密度的部分，如果能够用普通的超结 Mosfet，做到高密度就是首选的方案。同样在不同的负载上，在平均能效或者 10%轻载的时候，基本上会达到 90%或者 94%的能效。未来氮化镓功率管是不是也适用于有源钳位拓扑呢？蒋家亮表示，“这取决于客户的目标，有的客户觉得用超结就满足要求，有些客户追求更高密度，希望使用氮化镓导更高频，我们的产品可以跑高频配氮化镓。如果用户要做设备降损，在上百 K 的位置也能高能效。”
“如果拓扑结构没办法跑高频，用氮化镓跑高频也是浪费，所以用户选择时一定要让氮化镓配合适的拓扑，比如说有源钳位或者 LLC 零电压切换的拓扑才可以跑高频。我们目前的 USB Type-C PD 电源适配器方案，不是最小，但是可以做到更小。因为现在的频率是 300K，假如到 500K 的高频率，变压器会更小，再配合氮化镓，功率密度一定会更高，适配器尺寸会更小。” 蒋家亮补充。
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