時(shí)間:2021-09-26 14:49:26來(lái)源:
碳時(shí)代到來(lái),引領(lǐng)小型化和高效率趨勢(shì)
開(kāi)關(guān)電源在 80 年代替代線性電源之后,電源效率得到了極大的提升,尺寸也大大減少。隨著開(kāi)關(guān)電源在各個(gè)應(yīng)用上的不斷發(fā)展和消費(fèi)者對(duì)便攜性的要求,開(kāi)關(guān)電源繼續(xù)朝著小型化, 輕量化的趨勢(shì)發(fā)展。近年來(lái),碳達(dá)峰、碳中和“3060”目標(biāo)開(kāi)啟了低碳新時(shí)代,隨著節(jié)能減排的要求越來(lái)越嚴(yán),人們對(duì)環(huán)保節(jié)能低耗綠色提出了更高要求, 對(duì)開(kāi)關(guān)電源的能效標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越嚴(yán)。比如,歐盟執(zhí)委會(huì)最新的 CoCV5 六級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)第二階段,美國(guó)能源部 DoE6 六級(jí)能效都對(duì)空載功耗、效率提出了更高的要求,來(lái)達(dá)到節(jié)能減排的目的。
開(kāi)關(guān)電源的挑戰(zhàn)不斷升級(jí)
提高開(kāi)關(guān)頻率可以大大減少無(wú)源器件的尺寸,包括電感、電容及變壓器。對(duì)于 AC/DC 離線開(kāi)關(guān)電源,其輸入端是 50Hz/60Hz 230V 的交流輸入,高電壓的高頻切換產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗限制了其開(kāi)關(guān)速度,傳統(tǒng) 700V 硅功率器件從開(kāi)始的 30kHz 發(fā)展到現(xiàn)在 200kHz,已經(jīng)碰到 Si 的物理瓶頸。在 AC/DC 電源中,除了高壓功率器件的開(kāi)關(guān)頻率限制,隔離變壓器的高頻化設(shè)計(jì)也要兼顧安全和效率,隨著頻率的增加,單位體積散熱的增加也大大制約了頻率的提升。
提高效率成為必經(jīng)之路
提高效率是小型化的必要途徑, 它不但可以減少損耗,同時(shí)還能減少散熱, 給高頻小型化提供了必要的條件。只有效率提升了,單位體積散熱減少,同時(shí)通過(guò)高頻化設(shè)計(jì),功率密度才會(huì)大大的提升。想要提高效率,可以通過(guò)新的開(kāi)關(guān)拓?fù)?,譬如新型的反激拓?fù)? ACF(Active-Clamp Flyback)就可以消除開(kāi)通損耗,同時(shí)做到隔離變壓器的漏感回收,加上第三代半導(dǎo)體功率器件的快速關(guān)斷,開(kāi)關(guān)損耗可以降到忽略不計(jì)。提升了效率,同時(shí)讓電源的設(shè)計(jì)頻率不會(huì)受到功率器件的限制,大大地加速了小型化。
MPS 在 ACDC 領(lǐng)域深耕多年,擁有業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品,涵蓋了市面上 1~1000W 的產(chǎn)品范圍,客戶遍布全球。隨著“更綠色/環(huán)?!钡男乱?guī)范的出臺(tái)以及第三代半導(dǎo)體時(shí)代的到來(lái),MPS 的 AC/DC 電源產(chǎn)品不斷精進(jìn)技術(shù)和性能,迎合市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì):
利用多種新型拓?fù)涮岣咝剩罕热缡褂?PFC + LLC 以及 ACF+ZVS 的混合拓方式以實(shí)現(xiàn)零打開(kāi)損耗,同時(shí)回收漏感,可以達(dá)到 93%以上的高效率。 · 采用全集成設(shè)計(jì),以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),減少成本:傳統(tǒng)的非隔離式 AC/DC 解決方案通常需要使用多顆 IC,同時(shí)還需配備原邊及副邊控制器以及光隔離器等,占板面積大,BOM 成本高;MPS 最新一代解決方案尺寸緊湊,集成度高,1 顆 IC 即可囊括原邊和同步控制器,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔,占板面積小,成本效益高。
高頻化的芯片以適應(yīng)新一代功率器件:傳統(tǒng)硅器件的開(kāi)關(guān)頻率低,效率也很難提高,隨著GaN 等新型半導(dǎo)體材料的出現(xiàn),其開(kāi)關(guān)頻率及效率都得到大大提高,高頻設(shè)計(jì)更加符合新型功率器件的要求。
數(shù)字化產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)更好的性能:傳統(tǒng)的模擬控制器很難跟上日新月異的變化,新一代數(shù)字電源芯片的優(yōu)勢(shì)日趨明顯,MPS 的產(chǎn)品采用數(shù)字化內(nèi)核,具有非常豐富的可配置項(xiàng)目,相比傳統(tǒng)控制器,具有更多的靈活性。
MPS 可以提供 0-1000W 全系列的 AC-DC 電源解決方案,從 1W 輸出的智能 LDO 和 Buck 非隔離方案,到 10W 輸出的非隔離降壓方案,MPS 均有集成功率管的解決方案。對(duì)于小功率隔離反激方案,MPS 也有集成功率管和控制器的方案提供。最后到大功率的 LLC 方案,在 75W 輸出以上,比較常用的 PFC+LLC 架構(gòu),MPS 有獨(dú)立的 PFC 控制器和 LLC 控制器提供。
其中,全集成反激控制器系列產(chǎn)品 MPX2002/3,創(chuàng)新性地將初次級(jí)控制器合封在一顆芯片內(nèi),大大簡(jiǎn)化了外圍電路設(shè)計(jì),為實(shí)現(xiàn)快充電源的小型化提供了全新的思路。
MPX2002 在重載下可在 CCM 下運(yùn)行,然后在負(fù)載降低時(shí)切換至準(zhǔn)諧振(QR)操作。如果負(fù)載進(jìn)一步降低,MPX2002 將在跳頻(PFM)模式下工作。當(dāng)其進(jìn)入突發(fā)模式時(shí),開(kāi)關(guān)頻率固定為 20kHz,從而降低音頻噪聲。通過(guò)此特性,MPX2002 可在所有負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)高效率,同時(shí)具有出色的電磁干擾(EMI)性能。傳統(tǒng)方案需要反激控制器、光耦、電壓基準(zhǔn)和同步整流控制器四顆 IC,而使用MPX2002 單 IC 方案,集成了初級(jí)控制器和同步整流控制器。簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì),提高了效率,減小了占板面積,降低待機(jī)功耗,增強(qiáng)可靠性,無(wú)需光耦反饋,防止光耦在高可靠性環(huán)境出現(xiàn)老化。特別在 CCM運(yùn)行模式下能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的同步整流控制。MPX2003 把頻率進(jìn)一步提升到 130kHz 以上來(lái)滿足小型化需求。
MPS AC/DC 的另一款成名之作 HR1211,也充分地體現(xiàn)了 MPS 的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì),這是一款集成多模式PFC 和電流型 LLC 的二合一控制器。芯片集成了高壓電流源、安規(guī)認(rèn)證的 X 電容放電電路、PFC 和LLC 的高壓驅(qū)動(dòng)電路,從而實(shí)現(xiàn)了非常簡(jiǎn)潔的外圍電路。
HR1211 的數(shù)字控制內(nèi)核結(jié)合可重復(fù)編輯的存儲(chǔ)單元,賦予了整個(gè)方案強(qiáng)大的靈活性。PFC 和 LLC 兩級(jí)電路之間的配合;不同控制模式之間的切換;關(guān)鍵工作點(diǎn)的開(kāi)關(guān)頻率;保護(hù)功能的閾值、時(shí)間以及恢復(fù)方式;所有這些主要的功能都可以通過(guò) UART 的通訊口進(jìn)行自由配置,并能夠在圖化操作界面上完成,這使得基于 HR1211 的電源設(shè)計(jì)能夠靈活的適應(yīng)不同應(yīng)用在不同設(shè)計(jì)中的性能要求。
MPS 在 AC/DC 領(lǐng)域技術(shù)沉淀多年,目前已有多種優(yōu)秀解決方案深受業(yè)界好評(píng),未來(lái)會(huì)有更多新品不斷面市。
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