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新材料助力AC-DC電源轉換器采用新拓樸實現更高效率

2021-09-10
來源:電子技術應用
關鍵詞: MPS ACDC

開關電源的效率是電子設備實現低碳節能的重要部件,在“碳達峰”和“碳中和”開啟了低碳新時代背景下,業界開關電源的能效標準提出了更為嚴格的要求。

 

然而,基于傳統硅材料的AC-DC電源轉換器限于材料特性的約束,無法通過實現更高開關頻率和高效拓樸來達到高能效標準的指標。

 

第三代半導體材料的普及應用,使得電源轉換器可以采用更為先進的電路拓樸架構,更高的開關頻率大大減少了電感、電容和變壓器等無源器件的尺寸,開關電源從而獲得了更高的轉換率和小型化設計。

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MPS公司ACDC產品總監Peter Huang在接受采訪時指出,提高電源效率是實現小型化的必經之路。只有只有效率提升了,單位體積散熱減少,同時通過高頻化設計,功率密度才會大大的提升。

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而想要提高電源效率,需要可以采用新的開關拓撲,譬如新型的反激拓撲 ACF(Active-Clamp Flyback)來消除開通損耗,同時做到隔離變壓器的漏感回收,加上第三代半導體功率器件的快速關斷,使得開關損耗可以降到忽略不計。既提升了效率,同時讓電源的設計頻率不會受到功率器件的限制,大大地加速了小型化。

 

作為深耕AC-DC電源轉換器領域多年的MPS公司,日前推出了采用第三代半導體材料及新拓樸結構的兩款新品,再次刷新了AC-DC電源轉換器的各項特性指標。

 

據MPS公司ACDC產品總監Peter Huang介紹,全集成反激控制器系列產品 MPX2002/3,創新性地將初次級控制器合封在一顆芯片內,大大簡化了外圍電路設計,為實現快充電源的小型化提供了全新的思路。

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MPX2002 典型應用電路(原邊 + 副邊 + 反饋)

MPX2002在 CCM運行模式下能夠實現更高精度的同步整流控制。MPX2003 把頻率進一步提升到 130kHz 以上來滿足小型化需求。

HR121 是MPS公司AC/DC電源轉換器的另一款成名之作。

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HR1211 的典型應用電路

該款產品集成多模式PFC 和電流型 LLC 的二合一控制器,芯片集成了高壓電流源、安規認證的 X 電容放電電路、PFC 和LLC 的高壓驅動電路,從而實現了非常簡潔的外圍電路。


據Peter Huang介紹,HR1211 的數字控制內核結合可重復編輯的存儲單元,賦予了整個方案強大的靈活性。PFC 和 LLC 兩級電路之間的配合;不同控制模式之間的切換;關鍵工作點的開關頻率;保護功能的閾值、時間以及恢復方式;所有這些主要的功能都可以通過 UART 的通訊口進行自由配置,并能夠在圖化操作界面上完成,這使得基于 HR1211 的電源設計能夠靈活的適應不同應用在不同設計中的性能要求。

在上述兩款新品的背后,得益于MPS的技術創新和對于前沿科技的理解。

 

1、利用多種新型拓撲提高效率

使用 PFC + LLC 以及 ACF+ZVS 的混合拓方式以實現零打開損耗,同時回收漏感,可以達到 93%以上的高效率。

2、采用全集成設計,以簡化設計,減少成本

傳統的非隔離式 AC-DC 解決方案通常需要使用多顆IC,同時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,設計簡潔,占板面積小,成本效益高。

3、高頻化的芯片以適應新一代功率器件

傳統硅器件的開關頻率低,效率也很難提高,隨著GaN 等新型半導體材料的出現,其開關頻率及效率都得到大大提高,高頻設計更加符合新型功率器件的要求。

4、數字化產品可以實現更好的性能

傳統的模擬控制器很難跟上日新月異的變化,新一代數字電源芯片的優勢日趨明顯,MPS 的產品采用數字化內核,具有非常豐富的可配置項目,相比傳統控制器,具有更多的靈活性。

如今,隨著“更綠色/環保”的新規范的出臺以及第三代半導體時代的到來,MPS 的 AC-DC 電源產品不斷精進技術和性能,迎合了廣大客戶市場需求的發展趨勢。

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