USB-C-Adapter und -Ladegeräte

Von ultrahoher Leistungsdichte und ultimativem Wirkungsgrad bis hin zu hervorragendem Preis-Leistungs-Verhältnis

Um der ständig steigenden Nachfrage nach höheren Wirkungsgraden und kleineren Netzteilen gerecht zu werden, bietet Infineon eine breite Palette von Produkten an, die unterschiedliche Anforderungen erfüllen.

  • Regler
  • Hochspannungsschalter (GaN)
  • Hochspannungsschalter (Si)
  • Gleichrichtung und Lastschalter
  • Gründe für Infineon

Primärseitige Regler

Digitaler hybrider Sperrregler XDPS2201

Der XDPS2201 ist ein digitaler Regler, der auf einer asymmetrischen Halbbrücken-Sperrtopologie basiert. Er vereint die Einfachheit eines traditionellen Sperrreglers mit der Performance eines Resonanzwandlers. Diese Kombination erlaubt ein natürliches, weiches Schalten zur Verringerung der Schaltverluste, was Designs mit hohen Schaltfrequenzen ermöglicht.

Hauptmerkmale

  • Unterstützung eines großen AC-Netzeingangsspannungsbereiches
  • Geringe Schaltverluste mit spannungs- und stromlosem Schalten über alle AC-Netzeingangs- und Lastbedingungen
  • Hoher Wirkungsgrad mit Mehrmodusbetrieb (aktiver Burstmodus, DCM, ZV-RVS und CRM)
  • Integrierter High-Side-Treiber
  • Snubberloses Design
  • Einzelne Hilfstransformatorwicklung und Resonanzkondensatorausgang zur Unterstützung eines breiten Ausgangsspannungsbereichs

Vorteile

  • Hoher Wirkungsgrad von >93 % und niedrige Leistungsaufnahme im Bereitschaftsmodus, um internationale Effizienzstandards zu erfüllen
  • Ultrahohe Leistungsdichte
  • Geringe Materialkosten und Bauteilanzahl mit hochintegriertem Regler
  • Vereinfachtes Transformatordesign für breiten Ausgangsspannungsbereich
  • Einfach konfigurierbares Design mit GUI-Werkzeugen

Entwicklungsleitfaden: XDPS2201
Video: XDPS2201 für die Entwicklung von Ladegeräten
Video: USB-C-Schnellladelösungen

USB-PD/PPS-Demo-Design mit ultrahoher Leistungsdichte (65 W) mit dem XDPS2201

Das Demoboard DEMO_XDPS2201_65W1 ist ein 65-W-USB-PD-Typ-C-PPS-Ladegerät, das den XDPS2201 von Infineon in Kombination mit zwei CoolMOS™-Superjunction-MOSFETs in einer Halbbrücken-Konfiguration nutzt. Es zeichnet sich durch eine hohe Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad mit festem und PPS-Ausgang in einem ultrakompakten Formfaktor aus, der bis zu 65 W unterstützt.

Hauptmerkmale

  • Platinenbaugruppe mit hoher Leistungsdichte von 31 W/in3
  • Spitzenwirkungsgrad von 93,8 %
  • Großer Eingangsspannungsbereich: 90 bis 264 VAC
  • Fester Ausgang: 5 V/3 A, 9 V/3 A, 12 V/3 A, 15 V/3 A, 20 V/3,25 A
  • PPS-Ausgang: 5 bis 20 V/3 A

Nutzen

  • Leichte Anpassbarkeit mit kompaktem Formfaktor
  • Reduzierte Bauteilanzahl und Materialkosten
  • Hoher Wirkungsgrad und minimale Leistungsaufnahme im Bereitschaftsmodus zur Erfüllung internationaler gesetzlicher Anforderungen

Anwendungshinweis: DEMO_XDPS2201_65W1
Video: XDPS2201 für die Entwicklung von Ladegeräten
Video: USB-C-Schnellladelösungen

Primärer Anlaufregler EZ-PD™ PAG1P

Der EZ-PD™ PAG1P ist ein primärer Anlaufregler, der für die Kombination mit dem EZ-PD™ PAG1S in einer sekundärgeregelten AC/DC-Sperrwandler-Topologie konzipiert wurde, bei der die Spannungs- und Stromregelung vom EZ-PD™ PAG1S übernommen wird und der EZ-PD™ PAG1P für die Anlauffunktion, die Ansteuerung des primären FET und die Reaktion auf Fehler zuständig ist. Außerdem unterstützt er einen X-Kondensator-Entladungsmodus für einen besseren Wirkungsgrad.

Merkmale/Funktionen

  • Unterstützung eines universellen AC-Netzeingangs von 85 VAC bis 265 VAC
  • Synchronisation mit PWM von Sekundärseite mithilfe von Impulsflankentransformator
  • Integrierter Low-Side-Gate-Treiber zur Ansteuerung primärseitiger FETs
  • Integrierter Hochspannungsanlauf- und Shunt-Regler
  • Unterstützung eines X-Kondensator-Entladungsmodus für besseren Wirkungsgrad
  • Integrierter Netz-Unterspannungs-, -Überstrom- und sekundärer Überstromschutz
  • Fester Auto-Neustart-Timer für Wiederherstellung im Fehlerfall
  • Programmierbarer Sanftanlauf, konfigurierbar mit externem Kondensator

Online-Schulung: Vorstellung der hochintegrierten USB-C-Netzadapter-Lösung EZ-PD™ PAG1

PD-Controller EZ-PD™ CCG3PA

Der EZ-PD™ CCG3PA ist ein hochintegrierter USB-Typ-C-Portcontroller, der die Anpassung der Protokollfunktion per Software ermöglicht und dank eines 64-kB-Flash-Speichers höchste Flexibilität bietet. Außerdem ist er mit einem integrierten PFET-Gate-Treiber ausgestattet.

Merkmale/Funktionen

  • Unterstützung eines USB-Typ-C-Ports und eines USB-Typ-A-Ports
  • Unterstützung von USB Power Delivery 3.0 PPS
  • Unterstützung älterer Protokolle, einschließlich Qualcomm QC4.0, Apple Charging 2.4 A, AFC, BC 1.2 ohne zusätzliche Materialkosten
  • Programmierbarer USB-C-Controller mit Flexibilität für Implementierung kundenspezifischer Funktionen und Firmware-Upgrade im Feld
  • Spannungsregelung und Strommessverstärker integriert
  • Integrierter 30-V-toleranter Regler
  • Chipintegrierter Überspannungs-, Überstrom-, Unterspannungs- und Kurzschlussschutz sowie Kurzschlussschutz zwischen VBUS und CC
  • Integrierter PFET-VBUS-Gate-Treiber
  • Integrierter ESD-Schutz auf Systemebene für VBUS, CC und DP/DM
  • Gehäuse: 24-poliges QFN und 16-poliges SOIC
  • Unterstützung des erweiterten industriellen Temperaturbereichs (-40 °C bis +105 °C)

Anwendungshinweis: Hardware-Entwicklungsrichtlinien für EZ-PD™ CCG3PA in Netzadapteranwendungen

PD-Controller EZ-PD™ CCG3PA-NFET

Der EZ-PD™ CCG3PA-NFET ist ein hochintegrierter USB-Typ-C-Portcontroller, der die Anpassung der Protokollfunktion per Software ermöglicht und dank eines 64-kB-Flash-Speichers höchste Flexibilität bietet. Außerdem ist er mit einem integrierten NFET-Gate-Treiber ausgestattet.

Merkmale/Funktionen

  • Unterstützung eines USB-Typ-C-Ports
  • Unterstützung von USB Power Delivery 3.0 PPS
  • Unterstützung älterer Protokolle, einschließlich Qualcomm QC4.0, Apple Charging 2.4A, AFC, BC 1.2 ohne zusätzliche Materialkosten
  • Unabhängige CC-CV-Schleife
  • Integrierter NFET-VBUS-Gate-Treiber
  • Programmierbarer USB-C-Controller mit Flexibilität für Implementierung kundenspezifischer Funktionen und Firmware-Upgrade im Feld
  • Chipintegrierter Überspannungs-, Überstrom-, Unterspannungs- und Kurzschlussschutz sowie Kurzschlussschutz zwischen VBUS und CC
  • In 24-poligem QFN erhältlich

Sekundärseitige Regler

PD- und SR-Controller EZ-PD™ PAG1S

Der EZ-PD™ PAG1S ist ein sekundärseitiger Einzelchip-Controller, der einen Synchrongleichrichter/Treiber, einen PD-Controller und eine breite Palette von Schutzschaltungen enthält. Das Design des Controllers unterstützt sowohl eine traditionelle primärseitig gesteuerte Sperrregler-Architektur als auch eine effizientere sekundärseitig gesteuerte Sperrregler-Architektur mit einem einfachen primären Anlaufregler.

Merkmale/Funktionen

  • Kombination mit primärseitig und sekundärseitig gesteuerten Sperrregler-Designs
  • Sekundärseitige Regelung, Synchrongleichrichter (SR) und Ladeanschlussregler integriert
  • Unterstützung von Quasi-Resonanz-Modus (QR) oder Betrieb an Leitgrenze (critical conduction mode, CrCM), Talschaltung, lückendem Modus (discontinous conduction mode, DCM) sowie Burst-Modus für Leichtlastbetrieb
  • Schaltfrequenzbereich von 20 kHZ bis 150 kHZ
  • Höherer Wirkungsgrad über alle Netz- und Lastpegel mit unabhängiger CC/CV-Regelschleife
  • Unterstützung von USB PD 3.0 mit PPS (USB-IF-zertifiziert, TID:1475), QC4+
  • Unterstützung älterer Ladeprotokolle: BC v1.2, AFC und Apple Charging
  • Integrierte Low-Side-Strommessverstärker und VBUS-NFET-Gate-Treiber
  • In VQFN-24-Gehäuse (4x4) erhältlich

Online-Schulung: Vorstellung der hochintegrierten USB-C-Netzadapter-Lösung EZ-PD™ PAG1

Mehrport-Regler

PD- und DC/DC-Controller EZ-PD™ CCG7DC

Der EZ-PD™ CCG7DC ist eine hochintegrierte Zwei-Port-USB-Typ-C-Stromversorgungslösung mit integrierten Abwärts-/Aufwärtsreglern, die sich perfekt für Mehrport-AC/DC-Ladegeräte/Adapter und Zigarettenanzünder-Adapter eignet.

Merkmale/Funktionen

  • 2 USB-C-PD-Controller + 2 DC/DC-Reger in einem einzigen Chip
  • DC/DC-Regler
    • Konfigurierbare Schaltfrequenz von 150 kHz bis 600 kHz
    • Eingangsspannungsbereich von 4 V bis 24 V (max. 40 V)
    • Programmierbare Spreizspektrumfrequenz
  • Arm®-Cortex®-M0 mit Flash
  • Integrierte NFET-VBUS-Gate-Treiber, Abwärts-/Aufwärts-NFET-Gate-Treiber, VCONN-FETs und High-Side-Strommessverstärker (HSCSA)
  • Schutzfunktionen: Überspannung, Unterspannung, Kurzschluss, Überstrom, Übertemperatur und VBUS-CC-Kurzschluss
  • Unterstützung neuester Protokolle wie USB-C PD v3.0 mit PPS, QC4+, QC4.0, Samsung AFC, Apple 2.4 A, BCv1.2
  • Erweiterte Merkmale
    • Dynamische Lastverteilung
    • Signiertes Firmware-Upgrade im Feld
    • Optimierte abwärtsgeregelte Eingangsspannung

Produktübersicht: Zwei-Port-USB-C-PD- und DC/DC-Controller EZ-PD™ CCG7DC

Hochspannungsschalter (GaN)

CoolGaN™-GIT-HEMTs mit 600 V

Der CoolGaN™-GIT-HEMT von Infineon nutzt hocheffiziente GaN-(Galliumnitrid)-Transistor-Technologie für die Leistungswandlung im Spannungsbereich bis 600 V. Mit umfassender Erfahrung auf dem Halbleitermarkt hat Infineon mit seiner GaN-Technologie das E-Mode-Konzept mit durchgehender Massenproduktion zur Reife gebracht. Die bahnbrechende Qualität gewährleistet die höchsten Standards und bietet die zuverlässigste und leistungsstärkste Lösung unter allen GaN-HEMTs auf dem Markt.

In Ladegeräten und Adaptern ermöglichen GaN-HEMT-Transistoren eine überragende und hocheffiziente Schalt-Performance und tragen wesentlich zur Erreichung von Designs mit hoher Leistungsdichte bei.

Hauptmerkmale und technische Vorteile

  • Schalten mit hohen Geschwindigkeiten
  • Hervorragender dynamischer Widerstand im EIN-Zustand
  • Niedrige Gateladung ermöglicht Einschalten mit minimalem Strom
  • Äußerst niedriger RDS(on) und großes Kostensenkungspotenzial
  • Besserer Wirkungsgrad bei Resonanzkreisen
  • Neue Topologien und Strommodulation
  • Schnelles und (nahezu) verlustfreies Schalten

Hintergrundartikel: Eine GaN-Komplettlösung für Ladegeräte und Adapter mit hoher Leistungsdichte

Integrierte CoolGaN™-Leistungsstufen (IPS) mit 600 V

Die GaN-Technologie mit integrierten Treibern kommt Systemen zugute, die eine höhere Schaltfrequenz und Leistungsdichte benötigen. Für die Entwicklung bedeuten die CoolGaN™-IPS energieeffizientere Systeme dank überlegener Energieübertragung im Vergleich zu typischen Siliziumsubstraten, eine höhere Designflexibilität mit verbesserter Platinenplatznutzung und eine schnellere Markteinführung, da der einzelne GaN-/Leistungs-IC eine vereinfachte Implementierung bietet.

Hauptmerkmale und technische Vorteile

  • Baustein mit Digitaleingang und Leistungsausgang
  • Für Anwendung konfigurierbares Schaltverhalten
  • Äußerst genaues und stabiles Timing
  • Thermisch verbessertes QFN-Gehäuse mit 8 mm x 8 mm
  • Einfache Ansteuerung mit digitalen PWM-Eingängen
  • Konfigurierbarkeit des Gate-Pfads mit niederinduktiver Schleife auf Platine
  • Ermöglicht Einstellung einer kurzen Totzeit, um Wirkungsgrad des Systems zu maximieren
  • Kleine Gehäuse für kompakte Systemdesigns

Hintergrundartikel: CoolGaN™-IPS für Ladegeräte und Adapter mit hoher Leistungsdichte

Hochspannungsschalter (Si)

Die Wahl des geeigneten Hochspannungs-MOSFETs ist ebenfalls extrem wichtig für Designs mit einem hohen Wirkungsgrad. Die CoolMOS™-PFD7/P7/C7-Superjunction-MOSFETs von Infineon bieten eine wettbewerbsfähige Kostenstruktur mit verbesserter Technologie, die Schalt- und Leitungsverluste reduziert. Außerdem sorgt eine integrierte Gate-Source-Zener-Diode für verbesserten ESD-Schutz und eine höhere Systemzuverlässigkeit während des Betriebs. Weitere Hinweise zur Auswahl des richtigen Netzschalters sind dem Hintergrundartikel zu entnehmen.

Hintergrundartikel: Empfehlungen und Lösungen für USB-C-PD-Ladegeräte

CoolMOS™ PFD7 mit 600 V

Die neueste 600-V-Serie CoolMOS™ PFD7 setzt neue Maßstäbe in der 600-V-Superjunction-(SJ)-Technologie, die sich für Designs mit ultrahoher Leistungsdichte wie Ladegeräte und Adapter eignet. Diese Produktfamilie bietet einen um bis zu 1,17 % höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu den CoolMOS™-P7-Technologien, was zu einer Erhöhung der Leistungsdichte um 1,8 W führt. Diese beachtliche Verbesserung wird durch geringere Leitungs- und Ladungs-/Entladungsverluste sowie reduzierte Abschalt- und Gate-Ansteuerungsverluste erreicht, die durch die Weiterentwicklung der hochmodernen CoolMOS™-Technologie möglich sind.

Anwendungshinweis: CoolMOS™ PFD7 mit 600 V – SJ-MOSFET für Adapter und Motorantriebe mit hoher Leistungsdichte
Simulationsmodell: Spice für 600-V-MOSFET CoolMOS™ PFD7

CoolMOS™ P7 mit 600 V

Die SJ-MOSFET-Familie CoolMOS™ P7 mit 600 V ist die ausgewogenste CoolMOS™-Technologie von Infineon in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit und hervorragenden Wirkungsgrad und ist in verschiedenen RDS(on)-Klassen und Gehäusen erhältlich. Im Vergleich zu seinen Vorgängern bietet dieser MOSFET höchste Effizienz und eine verbesserte Leistungsdichte aufgrund der deutlich reduzierten Gateladung (QG) und Schaltverluste (EOSS-Pegel) sowie eines optimierten Widerstands im EIN-Zustand (RDS(on)).

Anwendungshinweis: CoolMOS™ P7 mit 600 V – die ausgewogenste Hochspannungs-MOSFET-Technologie von Infineon

CoolMOS™ P7 mit 700 V

Der 700-V-CoolMOS™-P7 bietet eine preisgünstige Lösung für Verbraucheranwendungen wie Ladegeräte und Adapter im Leistungsbereich von 10 W bis 75 W. Mit anderen Worten: Dieses Produkt richtet sich an den Markt für Niederleistungsschaltnetzteile, wo er durch seine hervorragende Performance und Benutzerfreundlichkeit häufige Hindernisse beseitigt. Die genannten Leistungswandler basieren in der Regel auf Sperrwandler-Topologien. Deshalb ist der 700-V-CoolMOS™-P7 kein Mehrzweck-MOSFET mehr, sondern eine maßgeschneiderte Technologie, die für Sperrtopologien optimiert ist.

Im SOT-223-Gehäuse

Der 700-V-CoolMOS™-P7 ist in einem preiswerten SOT-223-Gehäuse erhältlich, das sich perfekt als Ersatz eignet, da es den gängigen DPAK-Merkmalen entspricht (d. h. kleinerer Footprint bei gleichzeitiger Pinkompatibilität mit DPAK) und die Materialkosten insgesamt reduziert. Kleinere Formfaktoren ermöglichen Platzeinsparungen ohne nennenswerte Nachteile bei der Wärmeableitung. Mit dem CoolMOS™ P7 im SOT-223 leistet Infineon einen Beitrag zur Entwicklung wettbewerbsfähiger Produkte, die der steigenden Nachfrage nach kompakten, leichten und schlanken Niederleistungsschaltnetzteilen entsprechen.

Anwendungshinweis: 700-V-CoolMOSTM-P7 - Erster 700-V-CoolMOS™-MOSFET auf 300 mm für energieeffiziente Anwendungen
Produktübersicht: CoolMOS™ P7 im SOT-223-Gehäuse

CoolMOS™ C7 mit 650 V

Die 650-V-Superjunction-MOSFET-Serie CoolMOS™ C7 wurde entwickelt, um eine Performance auf Rekordniveau zu erreichen. Die MOSFETs bieten über den gesamten Lastbereich hart schaltender Anwendungen erhebliche Wirkungsgradvorteile im Vergleich zu früheren Serien und zu den Pendants der Marktbegleiter. Erreicht wird dies durch die Minimierung von Schaltverlusten über ultraniedrige Schaltverluste (EOSS) (ca. 50 Prozent Reduzierung im Vergleich zum CoolMOS™ CP), eine reduzierte Gateladung (QG) und eine sorgfältige Abstimmung anderer relevanter Produkt-Hauptparameter. Die niedrigen Werte bei EOSS und QG ermöglichen zudem den Betrieb mit einer höheren Schaltfrequenz und die damit verbundene Verkleinerung der Magnetbauteile im Schaltkreis.

Anwendungshinweis: CoolMOS™ C7 – Technologiebeschreibung und Entwicklungsleitfaden

OptiMOS™-Leistungs-MOSFETs

OptiMOS™ PD – Synchrongleichrichter und Lastschalter (25 V - 150 V)

Maßgefertigte Niederspannungs-MOSFETs in kleinen Gehäusen

Hauptmerkmale und technische Vorteile

  • Super-SO8- und PQFN-Gehäuse mit 3,3 mm x 3,3 mm
  • Logikpegel verfügbar
  • Niedriger RDS(ON)
  • Niedrige Gate-, Ausgangs- und Sperrverzögerungsladung
  • Überlegenes thermisches Verhalten
  • Ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis
  • Hoher Wirkungsgrad und hohe Leistungsdichte

Produktübersicht: OptiMOS™ PD – Die beste Wahl für USB-PD- und Schnellladedesigns

OptiMOS™ 6 - Schalter mit Synchrongleichrichtung (40 V)

Kombination aus erstklassigem RDS(on) und überlegener Schaltleistung

Hauptmerkmale und technische Vorteile

  • PQFN-Gehäuse mit 3,3 mm x 3,3 mm
  • Optimiert für Synchrongleichrichtung
  • Extrem niedriger RDS(on)
  • Ausgezeichneter thermischer Widerstand
  • Erhöhte Leistungsdichte
  • Höhere Systemeffizienz
  • Reduzierung der Systemkosten

Anwendungshinweis: Auswahl von OptiMOS™-Komponenten für die Synchrongleichrichtung

OptiMOS™ 5 – Lastschalter (25 V - 30 V)

Steigerung der Systemleistung mit erstklassiger Technologie

Hauptmerkmale und technische Vorteile

  • Erstklassige Lösung für hohen Wirkungsgrad in kleinem Formfaktor
  • Branchenweit niedrigster RDS(on) im kleinsten PQFN-2x2-Gehäuse
  • Hervorragende elektrische Leistung
  • Höchste Performance und Leistungsdichte
  • Reduzierung der Systemkosten
  • Erhebliche Platzeinsparung
  • Einfache Entwicklung mit kleinem Footprint

Produktübersicht: OptiMOS™-5-Leistungs-MOSFETs – Hochleistungsfähige 25-V- und 30-V-Produkterweiterung im PQFN-2x2-Gehäuse

Gründe für Infineon

Benutzerfreundlichkeit und Komplexitätsreduzierung

  • Gebrauchsfertige Referenzdesigns
    Eine Reihe von Referenzdesigns für verschiedene Leistungs- und Größenbereiche, die die Markteinführungszeit, den Entwicklungsaufwand und die Kosten reduzieren.
  • Komplexitätsreduzierung
    Ein umfassendes Angebot an Leistungs- und Protokoll-Controllern, Hoch- und Niederspannungsschaltern und TVS-Dioden ermöglichen den Bezug aller Komponenten von einem Anbieter.

Hocheffiziente Design

  • Hocheffiziente und hochdichte Designs
    Die Lösungen von Infineon auf der Basis von sekundärseitiger QR-, Nullspannungsschalt- (ZVS) und hybrider Sperrregelung ermöglichen Designs mit kleinstem Formfaktor und hervorragenden Wirkungsgraden.
  • Hocheffiziente Schalter
    Leistungsschalter mit niedrigem RDS(on) und geringen parasitären Kapazitäten tragen zur Verbesserung der Energieeffizienz des Systems bei
  • Leistungsstarke Gehäuse
    Die ThinPAK- und PQFN-Gehäuse mit Kelvin-Source-Konfiguration minimieren Leistungsverluste, reduzieren den Platzbedarf auf der Platine und verbessern die Wärmeableitfähigkeit.

Differenzierung

  • Programmierbare USB-C-PD-Controller
    Die USB-C-PD-Leistungsregler von Infineon enthalten entweder PFET- oder NFET-Gate-Treiber für VBUS und sind mit dem neuesten USB-C-Power-Delivery-Standard kompatibel. Vollständige Programmierbarkeit bildet die Voraussetzung für höchste Flexibilität und kürzeste Markteinführungszeit bei gleichzeitiger Unterstützung von kundenspezifischen Protokollergänzungen, älteren Protokollen und Protokollaktualisierungen.
  • Konfigurierbarkeit und Aufrüstbarkeit
    Die Leistungsregler XDP™ und EZ-PD™ PAG1 von Infineon bieten die Flexibilität, ein bestehendes Problem zu beheben oder die Firmware per Flash oder OTP während der Entwicklung aufzurüsten und so die Markteinführungszeit zu verkürzen

Gesicherte Lieferkette

  • Lieferbarkeit und Liefersicherheit
    Infineon verfügt über die größte intern installierte Fertigungskapazität für Leistungshalbleiter mit einer 12-Zoll-Wafer-Produktion für diskrete Halbleiter, um maximale Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
  • Flexibilität
    Infineon bietet spezielle Programme für die Lieferkette, um Kapazitäten zu sichern und Flexibilität bei Nachfrageschwankungen zu ermöglichen.