基于ST 意法半导体ST-ONE和MASTERGAN4的超高功率密度65W USB Type-C PD 3.1解决方案

EVLONEMP 是功率密度最高的 USB PD 3.1 多端口供电解决方案之一，具有一个 USB Type-A 端口和一个支持可编程电源 (PPS) 的 USB Type-C 端口。 该设计支持各种输入电压，可在 Type-A 端口上提供 10 W (5 V@2 A)，并在 Type-C 端口上提供五个固定 PDO 和两个 APDO。 方案基于 ST-ONEMP，这是世界上第一个在单个封装中嵌入 Arm® Cortex® M0+ 内核的数字控制器、具有同步整流功能的离线可编程控制器和 USB PD PHY。 这种系统专门设计用于控制 ZVS 非互补有源箝位反激式(non-complementary active clamp flyback)转换器，以创建具有 USB 供电接口的高功率密度充电器和适配器。 该器件包括一个有源箝位反激式控制器及其在初级侧的 HV 启动、一个微控制器以及控制次级侧转换和 USB 供电通信所需的所有外围设备。 两侧通过嵌入式电隔离双通信通道连接。 与 MasterGaN 功率级配合使用的高开关操作允许使用小尺寸磁性元件并达到非常高的效率。

ST-ONEMP数位控制器基于市场首个ST-ONE架构，在一个封装内集成Arm® Cortex®-M0+ 微控制器、高能效非互补有源箝位反激式控制器和USB-PD 3.1接口。 ST-ONE 架构的初级侧和次级侧电路之间电流隔离，极大地简化了USB-PD电源适配器的设计和组装。

现在，通过增加电能共享支持功能，最新的ST-ONEMP简化了在USB-PD 输出外再增加一个输出的双充电口设计，提高终端用户的充电灵活性和便利性。

在ST-ONEMP内部，Cortex-M0+ MCU微控制器位于充电器次级侧，片上64KB闪存用于保存定制USB-PD协议和电源转换固件。微控制器预装USB-PD 3.1 PPS 认证程式，让开发者为标准应用提供总包方案。 MCU 控制同步整流器和反激式转换器，并针对零电压开关非互补有源箝位拓扑优化了微控制器，因为在高功率时，零电压开关非互补有源箝位能效高于传统准谐振反激式变换拓扑。

ST-ONEMP与意法半导体的MasterGaN功率技术配套使用。 MasterGaN技术包含意法半导体的集成栅极驱动器的氮化镓(GaN)宽带隙功率晶体管。意法半导体GaN技术的开关频率比传统硅 MOSFET更高，使适配器能够提供更高的功率密度和符合最新生态设计规范的高能效。

原厂相关产品网页:

EVLONEMP - Very high power density board - 65W multi-port (USB Type-C and USB Type-A) power delivery based on ST-ONEMP and MASTERGAN4 - STMicroelectronics

ST-ONEMP - Fully integrated controller for multiport smart chargers - STMicroelectronics

MASTERGAN4 - High power density 600V half-bridge driver with two enhancement mode GaN HEMTs - STMicroelectronics

►展示板照片

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►方案方块图

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►核心技术优势

• USB-PD 3.1 PPS,搭配微控制器用于数位电源控制和 USB 协定
• 适配器的重量和体积与20W单端口智能手机充电器相当。峰值能效为 94%，比同类传统双口适配器高 2%，而 PCB 面积仅为传统适配器的四分之一。因此，原始设备制造商可以缩减外壳尺寸，节省能源，减少塑料使用，提供更环保的产品。
• 使用GaN技术的开关频率比传统硅 MOSFET更高，使适配器能够提供更高的功率密度和符合最新生态设计规范的高能效 • 符合IEC 62368-1标准

►方案规格

• 通用输入电源范围：90 Vac 至 265 Vac - 频率 47 ~ 63 Hz
• 最大输出功率：65 W
• 尺寸：58x36x20mm，（长 x 宽 x 高）
• 功率密度：26 W/in3
• 效率：> 93 % @ 满载
• 恒定电流输出：最大 3.75 A 适用于 USB Type-C 端口; 2 A 最大值,适用于 USB A 型端口
• 输出电压范围：USB Type-C 端口 3.3 ~ 21 Vdc , USB Type-A 端口 5 Vdc
• USB Type-C 端口上的 PD 输出（USB Type-A 端口上无负载）：五个固定 PDO：5 V@3.75 A、9 V@3.75 A、12 V@3.75 A、15 V@3.75 A、20 V@ 3.25 A ;两个 APDO (PPS)：3.3 V~16 V@3.75 A，3.3 V~21 V@3.25 A
• USB Type-C 端口上的 PD 输出（USB Type-A 端口上有负载）：五个固定 PDO：5 V@3.75 A、9 V@3.75 A、12 V@3.75 A、15 V@3.33 A、20 V@ 2.5 A; 两个 APDO (PPS)：5 V~16 V@3.3 A，5 V~21 V@2.5 A
• PPS 模式：CV 阶值为 20 mV，CC 阶值为 50 mA
• 反馈回路：恒定电流和恒定电压
• 保护：过流保护、过温保护、过压保护、欠压保护