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，ST-ONE可實現(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外觀和感覺像智能手機充電器但可以為筆記本電腦供電的設(shè)備。此外，我們還提供開發(fā)板，以確保合作伙伴能夠快速設(shè)計其產(chǎn)品。因此，我們預(yù)計第一批使用ST-ONE的產(chǎn)品將在今年年底或2023年初上市。

對更高功率密度的追求是什么樣的？

在相同的外形尺寸中實現(xiàn)更大的功率

GaN器件的出現(xiàn)帶來了更高的能源效率。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。壁式充電器是獨一無二的，因為它們已經(jīng)變得盡可能小。制造商必須使用適合墻上插座的插腳，并遵守國際標(biāo)準(zhǔn)，例如爬電距離，它設(shè)定了兩個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，GaN似乎是一個絕佳的解決方案。

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)揮其高開關(guān)頻率的優(yōu)勢。例如，電路必須具有穩(wěn)定的電源電壓，并不惜一切代價避免雜散柵極噪聲。在目睹了工程師面臨的一些問題之后，我們編寫了一份應(yīng)用筆記，提供了驅(qū)動E模式GaN器件的最佳技巧。ST-ONE通過提供獨特的一體化解決方案，代表了這個問題的另一種解決方案。

ST-ONE里面有什么？

初級側(cè)

ST-ONE由兩個主要部分組成：主側(cè)控制器和次級側(cè)控制器。前者使用高壓啟動發(fā)電機，直接連接到電源，可以處理高達800 V的尖峰。因此，它使團隊無需添加外部檢測電路。設(shè)計人員需要幾個二極管來提供交流輸入電壓，其余的由ST-ONE完成。我們甚至包括一個X電容（X-Cap）放電電路，這通常是安全法規(guī)規(guī)定的。此外，初級側(cè)還包括有源箝位反激式，這對于驅(qū)動GaN功率器件至關(guān)重要。該控制器的工作頻率高達1 MHz，支持低靜態(tài)電流，用于空載功耗。

次級側(cè)

在副邊，ST-ONE包括一個同步整流器，而不是一個更傳統(tǒng)的二極管，以提高能源效率。同樣，它包括一個24 V N溝道負(fù)載開關(guān)柵極驅(qū)動，因此工程師在使用雙角色USB-C端口時不必添加大量外部元件來斷開輸出電壓。此外，ST-ONE反映了我們在USB-C PD生態(tài)系統(tǒng)上的工作，因為它包括一個能夠支持專有接口的復(fù)雜供電控制器。C 型 PHY 控制器的存在也簡化了設(shè)計操作。顯然，二次側(cè)進行了優(yōu)化，以確保更高的效率、更短的市場時間和更低的物料清單。

創(chuàng)新

在次級側(cè)的所有組件中，定制的Cortex-M0+內(nèi)核無疑是解釋今天ST-ONE成為可能的功能之一。事實上，使用傳統(tǒng)的STM32成本太高，體積太大。然而，憑借我們在微架構(gòu)和USB-PD系統(tǒng)方面的專業(yè)知識，我們設(shè)計了一種定制設(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 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于控制 AC/DC 級和 USB-PD 協(xié)議，從而滿足 GaN 器件的快速開關(guān)要求。我們還包括一個優(yōu)化計算的有限狀態(tài)機。因此，我們可以用更少的晶體管制造更小的芯片，同時保持最佳性能。

使ST-ONE成為可能的另一項創(chuàng)新是初級側(cè)和次級側(cè)之間的電流隔離。傳統(tǒng)上，工程師會使用光耦合器。然而，通過提供嵌入式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施，他們的產(chǎn)品將獲得監(jiān)管部門的批準(zhǔn)。

如何利用ST-ONE的優(yōu)勢？

開發(fā)板

為了幫助工程師入門，意法半導(dǎo)體發(fā)布了EVLONE65W評估板。它包括一個ST-ONE和一個MASTERGAN4。針對 65 W 應(yīng)用，它可以作為消費類或工業(yè)產(chǎn)品的參考充電器，因為該板打開了 ST-ONE 的所有功能。設(shè)計人員可以用平面變壓器替換銅芯，以縮小設(shè)計范圍。供電模塊還提供開箱即用的五個配置文件。此外，它還展示了器件的保護措施，例如過流、過熱、過壓或欠壓保護等。STDES-65ACFADP是類似的參考設(shè)計，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)體正在開發(fā)軟件和圖形用戶界面，以幫助開發(fā)人員更快地定義他們的配置文件。該代碼將通過主要認(rèn)證。因此，雖然監(jiān)管機構(gòu)要求每個最終產(chǎn)品都獲得認(rèn)證，但使用ST代碼對于加快這一過程至關(guān)重要。該固件還將幫助設(shè)計人員在其設(shè)計中添加第二個USB-C端口。事實上，雖然 IC 需要為第二個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，使它們更易于訪問并加速開發(fā)。

審核編輯：郭婷