采用4开关降压-升压转换器的USB供电设计

USB已从供电有限的数据接口，发展为带有一个数据接口功能的重要供电部件。最新的USB 3.x协议支持更高水平的功率通量。默认电压为5V，USB-C端口能与插入的设备“协商”，将端口电压提高至20V。

新供电要求中的一项独特挑战是如何使用一个4.5V-32V输入电压来提供一个5V-20V直流总线。一个4开关降压-升压转换器是合适的拓扑结构，提供降压或升压电源转换，因其可提供设计人员和客户所需的宽电压转换范围、正极性、高能效和小尺寸方案。安森美半导体用于USB供电和USB-C应用的NCP81239 4开关降压-升压控制器可以驱动4个开关，使转换器能够降压或升压，并支持用户满足USB供电(PD)规格，该规格适用于所有USB PD应用，如PC /笔记本电脑、移动电源和扩展口。

在同步降压转换器中，有个现象众所周知，它称为“低端误导通”或“dv/dt电感导通”，这是造成击穿的罪魁祸首，有可能损坏开关并降低整个转换器的可靠性。

然后，这一问题在4开关降压-升压转换器中翻了一番，因为它有两个阶段——降压和升压。当设计人员直接将降压转换器的电路参数复制到4开关降压-升压转换器的升压段时，就会产生错误。随着这种拓扑结构在应用中越来越受欢迎，了解dv/dt电感导通问题变得越来越重要。

在4开关降压-升压转换器中，dv/dt电感导通是由同步整流MOSFET在降压段和升压段快速升高的漏源电压引起的。由于不需要的击穿电流流过任一相桥臂，结果导致整个系统能效下降。电源设计人员可采用几种经济的电路方案，包括最小化整流开关的关断门极驱动电阻，增加有源开关的导通门极驱动电阻，或在开关节点加入RC缓冲电路。选择具有低Qgd/Qgs(th)比率和高阈值电压的MOSFET也可降低dv/dt电感误导通的可能性。