ST-ONE是世界上第一款在同一封裝中集成Arm Cortex-M0+內(nèi)核、有源鉗位反激式控制器和USB Power Delivery3.1模塊的數(shù)字控制器。結(jié)合我們的MASTERGAN功率級(jí)，ST-ONE可實(shí)現(xiàn)功率密度為30 W / in的小型充電器3.相比之下，目前的模型只提供了其中的三分之一。我們最近的演示展示了一個(gè)外觀和感覺(jué)像智能手機(jī)充電器但可以為筆記本電腦供電的設(shè)備。此外，我們還提供開(kāi)發(fā)板，以確保合作伙伴能夠快速設(shè)計(jì)其產(chǎn)品。因此，我們預(yù)計(jì)第一批使用ST-ONE的產(chǎn)品將在今年年底或2023年初上市。

對(duì)更高功率密度的追求是什么樣的？

在相同的外形尺寸中實(shí)現(xiàn)更大的功率

GaN器件的出現(xiàn)帶來(lái)了更高的能源效率。從技術(shù)上講，這可能意味著兩件事：充電器在提供相同功率的同時(shí)變得更小，或者在相同的外形尺寸下提供更多功率。壁式充電器是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)變得盡可能小。制造商必須使用適合墻上插座的插腳，并遵守國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，例如爬電距離，它設(shè)定了兩個(gè)絕緣體之間的最小空間。因此，這些考慮限制了壁式充電器的尺寸。因此，當(dāng)工程師希望在相同的外形尺寸內(nèi)提供更多功率時(shí)，GaN似乎是一個(gè)絕佳的解決方案。

氮化鎵功率器件和新IC

氮化鎵具有寬繃帶，使其成為高壓下更高效的功率器件。其較高的擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻主要意味著它可以在更小的器件內(nèi)支持比硅替代品更大的負(fù)載。然而，驅(qū)動(dòng)GaN功率器件需要更多的復(fù)雜性，以最大限度地發(fā)揮其高開(kāi)關(guān)頻率的優(yōu)勢(shì)。例如，電路必須具有穩(wěn)定的電源電壓，并不惜一切代價(jià)避免雜散柵極噪聲。在目睹了工程師面臨的一些問(wèn)題之后，我們編寫(xiě)了一份應(yīng)用筆記，提供了驅(qū)動(dòng)E模式GaN器件的最佳技巧。ST-ONE通過(guò)提供獨(dú)特的一體化解決方案，代表了這個(gè)問(wèn)題的另一種解決方案。

ST-ONE里面有什么？

初級(jí)側(cè)

ST-ONE由兩個(gè)主要部分組成：主側(cè)控制器和次級(jí)側(cè)控制器。前者使用高壓?jiǎn)?dòng)發(fā)電機(jī)，直接連接到電源，可以處理高達(dá)800 V的尖峰。因此，它使團(tuán)隊(duì)無(wú)需添加外部檢測(cè)電路。設(shè)計(jì)人員需要幾個(gè)二極管來(lái)提供交流輸入電壓，其余的由ST-ONE完成。我們甚至包括一個(gè)X電容（X-Cap）放電電路，這通常是安全法規(guī)規(guī)定的。此外，初級(jí)側(cè)還包括有源箝位反激式，這對(duì)于驅(qū)動(dòng)GaN功率器件至關(guān)重要。該控制器的工作頻率高達(dá)1 MHz，支持低靜態(tài)電流，用于空載功耗。

次級(jí)側(cè)

在副邊，ST-ONE包括一個(gè)同步整流器，而不是一個(gè)更傳統(tǒng)的二極管，以提高能源效率。同樣，它包括一個(gè)24 V N溝道負(fù)載開(kāi)關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)，因此工程師在使用雙角色USB-C端口時(shí)不必添加大量外部元件來(lái)斷開(kāi)輸出電壓。此外，ST-ONE反映了我們?cè)赨SB-C PD生態(tài)系統(tǒng)上的工作，因?yàn)樗ㄒ粋€(gè)能夠支持專有接口的復(fù)雜供電控制器。C 型 PHY 控制器的存在也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)操作。顯然，二次側(cè)進(jìn)行了優(yōu)化，以確保更高的效率、更短的市場(chǎng)時(shí)間和更低的物料清單。

創(chuàng)新

在次級(jí)側(cè)的所有組件中，定制的Cortex-M0+內(nèi)核無(wú)疑是解釋今天ST-ONE成為可能的功能之一。事實(shí)上，使用傳統(tǒng)的STM32成本太高，體積太大。然而，憑借我們?cè)谖⒓軜?gòu)和USB-PD系統(tǒng)方面的專業(yè)知識(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種定制設(shè)備，使這種集成解決方案變得可行。

該微控制器包括 64 KB 閃存、8 KB RAM 和一個(gè) 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于控制 AC/DC 級(jí)和 USB-PD 協(xié)議，從而滿足 GaN 器件的快速開(kāi)關(guān)要求。我們還包括一個(gè)優(yōu)化計(jì)算的有限狀態(tài)機(jī)。因此，我們可以用更少的晶體管制造更小的芯片，同時(shí)保持最佳性能。

使ST-ONE成為可能的另一項(xiàng)創(chuàng)新是初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間的電流隔離。傳統(tǒng)上，工程師會(huì)使用光耦合器。然而，通過(guò)提供嵌入式9.6 kV電氣隔離雙通信通道，ST-ONE不僅將兩側(cè)容納在一個(gè)屋檐下，而且符合IEC 62368認(rèn)證。因此，使用新型一體化設(shè)備的工程師可以更加放心，如果他們遵守我們的實(shí)施，他們的產(chǎn)品將獲得監(jiān)管部門(mén)的批準(zhǔn)。

如何利用ST-ONE的優(yōu)勢(shì)？

開(kāi)發(fā)板

為了幫助工程師入門(mén)，意法半導(dǎo)體發(fā)布了EVLONE65W評(píng)估板。它包括一個(gè)ST-ONE和一個(gè)MASTERGAN4。針對(duì) 65 W 應(yīng)用，它可以作為消費(fèi)類或工業(yè)產(chǎn)品的參考充電器，因?yàn)樵摪宕蜷_(kāi)了 ST-ONE 的所有功能。設(shè)計(jì)人員可以用平面變壓器替換銅芯，以縮小設(shè)計(jì)范圍。供電模塊還提供開(kāi)箱即用的五個(gè)配置文件。此外，它還展示了器件的保護(hù)措施，例如過(guò)流、過(guò)熱、過(guò)壓或欠壓保護(hù)等。STDES-65ACFADP是類似的參考設(shè)計(jì)，峰值效率為93.7%，并使用帶有MASTERGAN2的平面變壓器。

軟件和圖形用戶界面

意法半導(dǎo)體正在開(kāi)發(fā)軟件和圖形用戶界面，以幫助開(kāi)發(fā)人員更快地定義他們的配置文件。該代碼將通過(guò)主要認(rèn)證。因此，雖然監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求每個(gè)最終產(chǎn)品都獲得認(rèn)證，但使用ST代碼對(duì)于加快這一過(guò)程至關(guān)重要。該固件還將幫助設(shè)計(jì)人員在其設(shè)計(jì)中添加第二個(gè)USB-C端口。事實(shí)上，雖然 IC 需要為第二個(gè)端口提供額外的降壓-升壓，但 ST-ONE 可以配置為便于使用額外的連接器。GUI還將有助于利用MCU的有限狀態(tài)機(jī)，使它們更易于訪問(wèn)并加速開(kāi)發(fā)。

審核編輯：郭婷