小体积高能效：瑞萨AC/DC适配器方案带来充电新体验！

发布时间：2024-08-05 10:32
作者：AMEYA360
来源：瑞萨电子
阅读量：1009

　　USB-C接口因其不分正反插入、高速数据传输和强大的耐压能力而深受消费者喜爱。随着USB PD3.1协议的发布，USB-C充电技术迎来了新的发展阶段。与之前的PD3.0标准相比，PD3.1标准不仅增加了48V的充电扩展输出电压，还将最大输出功率提高到了240W。这一进步使得USB-C充电方式逐渐向小家电、电动工具等方面渗透。

　　在此趋势下，瑞萨出了AC/DC适配器方案，该方案集成R2A20132SP PFC控制器、TP65H150G4LSG和TP65H070G4PS功率器件、iW9801 AC/DC控制器、PS2381-1光耦、iW676数字同步整流器以及iW780协议IC，可提供强大的240W输出，符合USB PD 3.2扩展功率范围(EPR)标准，可满足不同的电源要求。

　　系统框图

小体积高能效：瑞萨AC/DC适配器方案带来充电新体验！

　　R2A20132SP是一款高性能的PFC控制器，其以R2A20112为基础，新增多项功能，包括关断时间控制、欠压、双OVP、动态欠压保护和ZCD信号开路检测等。这些功能使得R2A20132SP能够更好地应对各种复杂的工作条件，确保电源系统的稳定性和可靠性。R2A20132SP采用临界传导模式进行功率因数校正，通过零电流开关实现了高效率和低开关噪声。此外，R2A20132SP还具有交错功能，通过180度相移改善了输入或输出电容器上的纹波电流。

　　TP65H150G4LSG是一款650V 150mΩ氮化镓FET，结合了最先进的高压氮化镓HEMT和低压硅MOSFET技术，具有卓越的可靠性和性能。TP65H070G4PS是650V 72mΩ的氮化镓FET，具有更低的栅极电荷、交叉损耗和更小的反向恢复电荷，能够提高电源效率。

　　iW9801数字AC/DC控制器集成瑞萨电子的专利自适应零电压开关(ZVS)技术，可为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、电动工具和其他便携式产品提供超小型、轻便、低成本且易于携带的电源。该设备工作在高开关频率下，因此变压器和无源器件的体积更小，并支持带可编程电源(USB-PD PPS)的USB Power Delivery 3.0及其他RapidCharge协议，输出功率高达100W。

　　iW780协议IC是一款高度灵活、可编程的AC/DC接口控制器，支持USB Power Delivery (PD)3.1和多个D+/D-协议。该器件将协议支持、次级侧调节控制和USB Type-C®断开FET控制器集成到一个器件中，适用于单端口和多端口适配器设计。

　　iW676数字同步整流器，可与瑞萨电子的多个初级侧控制器配合使用，为智能设备提供高功率密度、低BOM成本的适配器方案。同时，该器件采用专有的数字自适应关断控制技术，用MOSFET取代次级侧并联肖特基二极管，以实现更高的效率。

　　PS2381-1是一款光耦合隔离器，包含一个砷化镓发光二极管和一个NPN硅光电晶体管。该封装采用塑料4-LSOP，具有屏蔽效果，可隔绝环境光，适用于高密度应用。

　　未来，随着USB-C接口的普及和充电技术的不断进步，大功率AC/DC适配器的应用范围还将进一步拓展。在这个过程中，瑞萨将持续为客户提供优质的快充方案，助力社会稳步快速迈入万物快充时代。


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　　糖尿病影响着全球超过10%的人口(数据来源：国际糖尿病联盟)，由于其并发症种类繁多且缺乏直接有效的治疗方法，带来了巨大的健康风险。　　连续血糖监测(CGM)已被证明能够彻底改变患者生活的革命性技术，通过赋予患者对日常生活的自主决策权，显著提升了他们的生活质量。　　CGM测量的是皮肤间质液的葡萄糖浓度(图1)。因此，与血液测量相比，它的侵入性更小，并且可以舒适地佩戴在患者皮肤上数天。　　图1：图片来自DiabetesWise.org。该图描述了血管上方的皮肤层，并显示了可靠的血糖信息如何存在于间质液中，而不是血液中。　　通过CGM系统每隔几分钟收集一次的数据，可以传输到医疗读取器或智能手机，然后与医疗机构共享，供专业人员记录和分析。此外，来自联网患者的持续数据流正在推动基于先进人工智能的预测模型的发展，以实现更有效的糖尿病管理和研究。　　CGM技术的研究重点是开发更准确、更安全、更小型化、更耐用且更具成本效益的解决方案。其目标是确保长期可及性和广泛应用，而电子产品在克服这些挑战方面发挥着关键作用。　　大多数商用CGM系统采用放置在患者皮肤上的电化学安培传感器。这些传感器测量与血糖浓度成比例的小电流，然后由模拟前端(AFE)电路处理并转换为数字信号。该信号由微控制器(MCU)处理，并通过低功耗蓝牙(BLE)传输到医疗读取器。该系统由一次性纽扣电池供电。　　瑞萨电子和Xmoore Microelectronics近期开发的参考设计介绍了CGM技术的一些最新进展。该设计采用紧凑高效的系统，包含模拟前端(AFE)、低功耗蓝牙(BLE)SoC和用于数据存储的小型外部闪存。低功耗蓝牙SoC不仅可以处理血糖数据，还可以将其无线传输到医疗读取器或智能手机，为患者和医疗保健提供者带来极大的便利。　　如图2所示，该参考设计展示了一种超紧凑的解决方案，其中低功耗蓝牙SoC和AFE均由1.5V氧化银纽扣电池供电，无需任何外部直流升压电路，这在尺寸和电源效率方面带来了显著提升。整个系统(包括电池)仅占18毫米的空间，这使得CGM制造商能够生产出比目前市面上更小、更薄的皮肤贴片。这种小型化设计减少了传统CGM设备通常带来的笨重感和不适感，从而提高了患者的舒适度，并鼓励患者更好地遵守血糖监测方案。此外，使用低电压商用电池进一步降低了设备的总成本。　　图2：该参考设计采用了Xmoore开发的模拟前端(AFE)和瑞萨提供的蓝牙®片上系统(SoC)。　　如图3所示，这款成本效益高且紧凑的解决方案使参考设计在市场上极具竞争力。更小的尺寸，加上BLE SoC和AFE的高能效，确保CGM系统在功能或性能方面保持经济实惠。这种成本效益对于让更广泛的人群更容易获得持续血糖监测尤为重要，尤其是在保险覆盖范围有限或患者难以获得昂贵医疗设备财政补贴的地区。　　图3：该参考设计集成了Xmoore开发的模拟前端(AFE)和瑞萨提供的蓝牙®片上系统(SoC)。　　该系统由标准1.5V电池供电，可集成到一个18毫米的紧凑贴片中，大小与一枚一角美元硬币相当。　　通过提高糖尿病管理工具的可及性，这项技术可以在减少糖尿病相关的长期健康并发症方面发挥关键作用。随着越来越多的患者能够使用可靠且经济高效的连续血糖监测(CGM)系统，糖尿病相关健康问题的负担将显著减轻，从而改善全球数百万人的健康状况，提高生活质量。　　综上所述，瑞萨和Xmoore Microelectronics联合推出的全新CGM参考设计为糖尿病护理带来了激动人心的突破。微型化、高能效和低成本的结合使其成为市场上极具竞争力的解决方案。通过为患者提供更高的舒适度并降低总体成本，该参考设计有望扩大改变生活的糖尿病管理工具的可及性，最终在全球范围内改善糖尿病的预防和管理效果。　　瑞萨DA14531超低功耗蓝牙®片上系统配备2.4GHz收发器和Arm® Cortex®-M0+微控制器，采用紧凑的3.0mmx2.2mm封装。其配置可延长电池续航时间，它允许在1.5V电池放电周期中持续运行，即使输出电压已低于其额定值。当需要更大RAM时，DA14535也是一个不错的选择。　　XMOORE AFE XMB1000可与2至4端子电化学传感器配合使用，并集成0°C至50°C温度传感器。该器件可在低至1V的电源电压下工作而不会降低性能，并采用2.0mmx2.0mm的BGA封装，仅需极少的被动元件。
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