探索ST-ONEMP：多功能智能充電器控制器的技術(shù)奧秘
探索ST-ONEMP：多功能智能充電器控制器的技術(shù)奧秘
在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，充電器的性能和功能成為了影響用戶體驗(yàn)的重要因素。ST-ONEMP作為一款專為多端口智能充電器設(shè)計(jì)的高度集成控制器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，在充電器市場(chǎng)中脫穎而出。今天，我們就來深入探討一下ST-ONEMP的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
文件下載：st-onemp.pdf
一、ST-ONEMP的核心特性
（一）先進(jìn)的控制技術(shù)
ST-ONEMP采用了ZVS非互補(bǔ)有源鉗位反激控制器，結(jié)合同步整流和USB - PD 3.1 PPS接口，大大提高了充電器的效率和功率密度。同時(shí)，其搭載的ARM? 32位Cortex? - M0 + MCU，擁有64 kB閃存，為數(shù)字電源控制和USB協(xié)議處理提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力。
（二）高效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
通過FW可編程的次級(jí)側(cè)MCU，ST-ONEMP能夠同時(shí)控制同步整流器和初級(jí)側(cè)的ZVS有源鉗位反激，在各種工況下都能實(shí)現(xiàn)高效的系統(tǒng)運(yùn)行。此外，與MasterGaN功率級(jí)配合的高開關(guān)頻率操作，使得可以使用小尺寸的磁性元件，如平面變壓器，進(jìn)一步縮小了充電器的體積。
（三）可靠的隔離通信
具備符合IEC 62368 - 1標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)化電隔離雙通信通道，能夠承受4 kV pk的瞬態(tài)電壓、9.6 kV pk的1分鐘耐壓測(cè)試和6.4 kV pk的1秒生產(chǎn)耐壓測(cè)試，保證了通信的可靠性和安全性。
（四）全面的保護(hù)功能
集成了800 V高壓啟動(dòng)、輸入電壓感應(yīng)和欠壓/過壓保護(hù)功能，以及有源輸入濾波電容放電電路，降低了待機(jī)功耗，符合IEC 62368 - 1標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，還具備完全集成的USB - PD PHY，帶有24 V耐受保護(hù)和集成負(fù)載開關(guān)驅(qū)動(dòng)器，為充電器提供了全面的保護(hù)。
二、應(yīng)用場(chǎng)景
ST-ONEMP適用于功率高達(dá)100 W的USB - PD充電器和適配器，可用于智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦和其他手持設(shè)備。其多端口設(shè)計(jì)和功率共享功能，使得可以同時(shí)為多個(gè)設(shè)備充電，滿足了用戶的多樣化需求。
三、技術(shù)細(xì)節(jié)剖析
（一）引腳連接與功能
ST-ONEMP共有36個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能。例如，HV引腳用于高壓?jiǎn)?dòng)和交流電壓感應(yīng)，PVCC引腳為初級(jí)側(cè)提供電源，CC1和CC2引腳用于USB - PD通信等。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景正確連接這些引腳，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。
（二）電氣特性
文檔中詳細(xì)列出了ST-ONEMP的電氣特性，包括電壓范圍、電流、溫度等參數(shù)。例如，HV引腳的電壓范圍為 - 1至800 V，PVCC引腳的初級(jí)側(cè)電源電壓范圍為 - 0.3至18 V。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格遵守這些參數(shù)的要求，以保證設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。
（三）外部組件選擇
1. 變壓器設(shè)計(jì)
變壓器的匝數(shù)比和初級(jí)側(cè)電感對(duì)充電器的性能有重要影響。匝數(shù)比應(yīng)根據(jù)最大輸入和輸出電壓以及初級(jí)側(cè)開關(guān)的電壓承受能力來選擇，典型的匝數(shù)比約為6。初級(jí)側(cè)電感與開關(guān)頻率的關(guān)系可以通過公式計(jì)算，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需要考慮鉗位時(shí)間和死區(qū)時(shí)間等因素。
2. 鉗位電容選擇
鉗位電容的值決定了開關(guān)周期中第5階段電容與變壓器漏感之間的諧振周期。建議選擇合適的鉗位電容值，使第5階段在高線、高輸出電壓條件下約占開關(guān)周期的15%。
3. 次級(jí)側(cè)電流檢測(cè)
次級(jí)側(cè)電流檢測(cè)的滿量程范圍為25 mV，電流檢測(cè)電阻應(yīng)根據(jù)公式 (R{senseSec }
（四）開關(guān)模式
1. 正常開關(guān)模式
控制器采用非互補(bǔ)有源鉗位轉(zhuǎn)換器，其工作方式類似于傳統(tǒng)的QR反激，但增加了鉗位開關(guān)，用于回收變壓器漏感中的能量，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，提高了效率。
2. 跳過模式
為了提高中負(fù)載時(shí)的效率，當(dāng)峰值電流低于可編程值時(shí)，控制器進(jìn)入谷底跳過模式，保持峰值電流近似恒定。當(dāng)頻率低于約20 kHz時(shí)，控制器開始降低峰值電流，同時(shí)將頻率限制在20 kHz至可編程值之間。
3. 突發(fā)模式
當(dāng)頻率低于 (F_{CK} / 6500)（約20 kHz）時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入突發(fā)模式，控制器以可編程的峰值電流生成脈沖串。當(dāng)突發(fā)之間的平均時(shí)間低于可編程時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)退出突發(fā)模式，恢復(fù)正常運(yùn)行。
（五）控制回路
ST-ONEMP的控制回路包括電壓調(diào)節(jié)回路和電流調(diào)節(jié)回路，用于實(shí)現(xiàn)CC/CV模式，滿足USB - PD PPS模式的要求。在設(shè)計(jì)控制回路時(shí)，需要設(shè)置合適的參數(shù)，如比例增益和積分增益，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。
（六）故障管理
ST-ONEMP具備多種保護(hù)功能，如軟啟動(dòng)超時(shí)保護(hù)、軟啟動(dòng)過壓保護(hù)、交流欠壓保護(hù)、初級(jí)側(cè)過流保護(hù)、初級(jí)側(cè)過溫保護(hù)等。這些保護(hù)功能可以避免在異?；蚬收蠗l件下對(duì)轉(zhuǎn)換器或負(fù)載造成損壞。
四、設(shè)備設(shè)置與用戶個(gè)性化
用戶可以通過專用的GUI和硬件工具來設(shè)置和調(diào)整ST-ONEMP的參數(shù)，以滿足不同的應(yīng)用需求。設(shè)備的設(shè)置區(qū)域分為應(yīng)用設(shè)置區(qū)、應(yīng)用參數(shù)區(qū)、USB - PD區(qū)和功率區(qū)，每個(gè)區(qū)域都有特定的功能。同時(shí)，設(shè)備還支持固件更新，方便用戶進(jìn)行功能擴(kuò)展和優(yōu)化。
五、總結(jié)
ST-ONEMP作為一款功能強(qiáng)大的多端口智能充電器控制器，具有先進(jìn)的控制技術(shù)、高效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、可靠的隔離通信和全面的保護(hù)功能。在設(shè)計(jì)過程中，需要深入理解其技術(shù)細(xì)節(jié)，正確選擇外部組件，合理設(shè)置控制回路參數(shù)，以確保充電器的性能和可靠性。希望本文能夠?yàn)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/125/" target="_blank">電子工程師在設(shè)計(jì)多端口智能充電器時(shí)提供有益的參考。
作為電子工程師，我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中還需要不斷探索和實(shí)踐，根據(jù)具體的項(xiàng)目需求進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。對(duì)于ST-ONEMP的這些技術(shù)特點(diǎn)，你在實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到過哪些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。
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