用于高效电源管理的DC/DC转换器

Silanna Semiconductor 宣布扩展其 100 W CO 2智能电源 DC/DC 转换器系列，满载时效率超过 98%。这些宽电压、高频负载点转换器系列用于 USB-PD 应用，旨在提高效率。 

Silanna Semiconductor营销总监 Tim Wilhelm 在接受采访时指出，最新的电源管理挑战集中在功率密度和效率上，确保在 CO 2排放方面节省 BoM 和更好的整体性能。完全集成的 SZDL3105B DC/DC 转换器（降压稳压器）以 667 kHz 的开关速度运行，可提供高达 5 A 和 100 W 的输出功率。它适用于高达 27 VDC 输入的宽领先输入和输出范围，并采用小型 4 mm x 4 mm QFN 封装。 

CO2 的电源管理挑战

电力部门技术效率的提高，在电力转换效率方面，在减少 CO 2排放方面发挥了主导作用，其次是增加了可再生能源发电的份额，并使用了碳含量较低的化石燃料。发电和消费排放对于规划和监测涉及电力部门的温室气体减排计划是必不可少的。

最近估计，空载功耗几乎占手机功耗的三分之二。正如 Silanna 指出的那样，必须减少功率损耗，以优化能源浪费。空载功率是指连接到电源插座的充电器和适配器消耗的能量，而不是连接到相应设备的能量。 

因此，目标是开发在零负载下最小化功耗以实现最大能效的设备。Silanna 的 CO 2 Smart Power 概念体现了不懈努力创造越来越高效的产品的理念，这些产品通过消耗更少的能源和提供更好的性能来促进可持续发展。这种情况下的产品在运行过程中使用较少的能源，但在待机模式下也降低了所谓的“吸血鬼”能量。在大多数情况下，这直接转化为使用更少电力的先进产品和系统，因此对有害 CO 2排放的贡献更少。

DC/DC 转换器

SZDPL3105B 可实现高效率，如图 1 所示，减小了整个系统的尺寸和重量，并优化了 USB 端口电源应用的性能。Wilhelm 指出，极低的工作功耗可以优化空载条件下的功率损耗，这是监管认证的基本要求。内部和外部反馈分压器的灵活性支持设计定制，而瞬时内部反馈解决方案允许干净、良好控制的启动操作，直到外部 USB 端口控制器可以偏置并轻松控制输出电压。 

图 1：在 667 kHz 高开关频率下保持最大功率时的高效率（来源：Silanna）

图 2：SZDL3105B 高频、宽 VOUT、USBPD 降压转换器（来源：Silanna）

“图 2 的功能框图显示了 SZDL3105B 如何从外部连接到 USB PD 控制器，USB PD 控制器连接到我们的反馈引脚并控制输出电压。一旦与客户端通信，PD 控制器的 Vout 就会打开数据并通过 USB 电缆连接 Vbus 信号输出。因此，我们的设备始终处于高频状态，以保持输出滤波器非常小，从而为您提供最佳紧凑型设计，”Wilhelm 说。

与之前的版本一样，新设备具有全系列的 PD 3.0 协议，可提供快速充电。正如 Wilhelm 指出的那样，唯一的区别是，使用新的解决方案，可以在 PD 3.0 的全部 100 W 中覆盖高达 5 A 的电流。“它专为所有带有双输入 LDO（VIN 和 VOUT）的 USB 端口控制器的最佳性能而设计，以提高效率，”Wilhelm 评论道。它包含一个瞬时内部 FB 电阻分压器，允许任何端口控制器上电并在启动时将 VOUT 平滑控制为 5.0 V（图 3）。

图 3：优化 USB 端口性能和独立操作的架构（来源：Silanna）

“控制器从降压转换器的输出中获得电源。因此，当您从零上电时，USB PD 控制器没有任何功率，直到输出上升到足以偏置 PD 控制器。控制器正在控制我们的电阻反馈节点。这是对我们的产量平稳增长的描述。如果我们没有这个电阻网络，我们就处于开环配置。如果我们没有闭环，那么我们可以给任何降压转换器上电，它的输出会有很大的波动。在内部，当我们只加电几毫秒时，我们有自己的电阻分压器接地，以便输出完美平滑地上升到 5 V。然后，大约 4 V 是我们控制 USB PD 控制器并允许它来控制输出电压。所以，

效率接近 99%，最大负载为 20 V，5 A (100 W)。即使低至 5V，效率仍保持稳定在 95%。“现在，效率很好，但产生的热量对于制造非常小的封装至关重要。对效率的妥协将使我们能够管理这些条件。减少消耗将使 CO 2节约，从而推动生态系统朝着更清洁的环境发展，”Wilhelm 说。

Silanna 新 IC 中的 FET 集成提供了良好的效率和控制可靠性的可能性。对栅极进行非常严格的控制，即检测设备何时开启或何时关闭，等同于提高效率和可靠性。“外部 FET 转换器无法严格控制，驱动器和输出之间会存在寄生效应，从而导致死区时间。与我们的技术一起使用的集成避免了寄生效应，并将死区时间减少到大约 6 纳秒，”Wilhelm 说。

图 4 中的参考设计支持完全单片功率 FET，无需其他半导体组件。667 kHz 的开关频率将解决电感器和输出电容器的尺寸问题，从而减少系统的整体尺寸。“您可以使用标准模制小型电感器或自制线圈电感器。只需使用 MLCC 或小于 50 uF 的多层陶瓷电容器，它们高度可靠、体积非常小且具有非常好的温度特性，”Wilhelm 说。

图 4：小空间中的 100 W 简单设计（来源：Silanna）

Silanna 提供 SZDL3105BA-EVB01 评估板 (EVB)，这是 SZDL3105B 器件的设计示例。最初，该板配置为 5 V / 5 A 输出。开尔文连接可用于监控 Vin 和 Vout，以准确测量转换器输出端的效率以及线路和负载调节。SZDL3105BA-EVB01 旨在使用 Weltrend WT6633P（Qualcomm QC2/3/4，USB-PD）控制器子板、Power Integrations CHY103（Qualcomm QC3）或 Cypress CYPD3175（Qualcomm QC4，USB-PD）控制器子板进行评估（图 5 和 6）。

图 5：评估板 (EVB)（来源：Silanna）

图 6：EVB 原理图（来源：Silanna）

　　审核编辑：汤梓红