前言
能源的合理高效使用历来受到政策法规及相关企业的重视。 众多新技术的使用,使得充电设备工作时的转换效率得以提升,但电子设备更多时候处于不充电的待机状态,单看待机功耗指标虽然不大,但由于长时间的待机,总功耗还是相当可观。如何降低这部分损耗,是业界目前越来越关注的一个话题。
据《IEC62301 家用电器待机功耗的测量》这一标准规定,功耗<5mw即为零待机。同样,业界标杆企业之一的三星电子也将5mW定义为零待机的分界线。并于2021年8月在其网站明确提出,目前其手机充电器产品上执行的20mW待机标准在2025年前要全部更换到5mW。也就意味着,明年开始,三星的手机快充极有可能都会采用零待机方案。
充电头网了解到晶丰明源推出了一款待机零功耗的PD快充组合方案,支持25W及更大功率快充,主要由晶丰明源自研的准谐振反激控制器芯片BP87640、次级侧控制器芯片BP62640以及磁耦合隔离器芯片BP818构成。
并且,通过公开途径可以查询到,磁耦通讯方式作为晶丰明源实施其零待机功耗方案的最核心技术,已公开的相关国内外专利多达30余项。
晶丰明源待机零功耗快充解决方案demo
晶丰明源待机零功耗快充解决方案demo正面特写。
该方案侧面特写。
该方案PCB板特写。
该方案USB-C母座特写。
该方案demo长度实测为44.12mm。
该方案demo宽度实测为44.12mm。
高度为13.97mm。
重量为23.8g。
接下来将会对构成这款方案的主要芯片作一个详细讲解,逐一解释其功能和作用,以便更清晰地理解整体方案的设计和实现原理。
BP87640
BP87640是晶丰明源推出的一款零待机功耗的准谐振反激控制器芯片,内置GaN门驱动器。该芯片具有130KHz的最大开关频率,内部集成了700V高压启动电路,并支持最高150V的辅助供电,适用于非常广泛的输出电压范围。
BP87640通过磁耦合器BP818与次级侧控制器BP62640通信,实现了二次侧调节。它通常在QR和DCM模式下进行谷底切换操作,具备高效率和良好的EMI性能。
BP87640采用SSOP-10封装,符合LPS规定,具有逐周期电流限制、输出过电压保护、辅助供电过电压保护、二次整流器短路保护、反馈开路保护、过温保护等保护机制,适用于QC / USB PD / 可编程交流/直流充电器领域,搭配这款芯片可以研发出高效率低功耗体积小的充电器。
BP62640
BP62640 是一款AC/DC次级侧控制器,可与准谐振反激控制器芯片BP87640配合使用,在旅行适配器应用中实现零待机功率。
BP62640采用基于输出电压纹波的控制算法,确保快速瞬态响应,同时消除了对复杂环路补偿电路的需求。通过磁耦合器BP818向主控制器发送请求信号,实现对输出电压的精确调节。在待机状态下,BP62640可进入超低功耗的睡眠模式,在次级端消耗极低,同时消除了反馈电阻网络的损耗,而且磁耦合器无需偏置电流,进一步降低了系统功耗。
此外,BP62640还集成了先进的同步整流控制器,优化了驱动占空比,提升了系统效率。通过电荷泵电源,输出电压可调至最低2.8V。BP62640提供QFN3*3-16L封装,为电子设计提供了更多的选择。
BP818
BP818 是一款磁耦合隔离器,内置了两个耦合线圈,通过利用磁耦合传输信息,并提供电气隔离,可提供稳定可靠的性能,相比传统光耦合器,它消除了低精度、非线性电流传输比以及有限的使用寿命等缺点,而且磁耦元器件在待机状态下,基本处于静默状态,完全不需要消耗能量,能系统的能源损耗更低,专为离线电源的主次通信而设计。
BP818 在主次两侧均无需偏置电流即可运行,大大降低了系统的待机功耗。BP818 符合全球强化绝缘的安全要求,采用LSOP-4封装,爬电比距为8mm,隔离电压高达5000VAC。
BP818已经通过了UL62368、TUV(IEC62368)、CQC(GB4943.1)、VDE(IEC60747)等安全法规的认证。与主次控制器结合使用,可以建立高性能的开关电源完整解决方案。
待机功耗测试
虽然零待机功耗指标的定义为5mW内,但为了确保大批量生产时的安全性,一般需要留有一定的余量。在这方面,晶丰明源的这款方案在目前同类方案的对比中,表现非常出色。
由上表可以看出,当设备处于90V交流电下、空载状态时,其功率消耗大约在1mW左右;当设备处于230V交流电下、同样处于空载状态时,功率消耗小于2mW。这完美符合待机零功耗的功率消耗要求。
待机功耗除了芯片本身的耗电外,外围元器件的漏电也会影响功耗。通常来说,功率越高,实现零待机功耗就越困难,晶丰明源的25W方案在230V空载下的功率消耗仅在2mW以下,相比零待机功耗规定的5mW,拥有非常充足的余量空间,更有希望挑战更高的充电功率。
充电头网总结
晶丰明源新推出了一款PD快充组合方案,可以实现待机零功耗,并且余量巨大。该方案由BP87640准谐振反激控制器芯片、BP62640次级侧控制器芯片和BP818磁耦合隔离器芯片构成。通过紧凑设计整合多功能模块,可以有效提高设备性能,显著降低能源消耗。其中BP87640具备零待机功耗,内置GaN门驱动器,支持广泛的输出电压范围。BP62640采用基于输出电压纹波的控制算法,实现零待机功率和超低功耗睡眠模式。BP818作为磁耦合隔离器,提供稳定可靠的性能,无需偏置电流即可运行,符合全球强化绝缘的安全要求。整合使用可以组成高性能的开关电源完整解决方案。
该零功耗PD快充方案通过集成和设计优化,成功地提高了设备性能并降低了能源消耗。在230V空载下的功率消耗仅在2mW以下,不仅能够满足用户的快速充电需求,还能够有效地节约能源、保护设备并提升用户体验。
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