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MPS攜新型ACDC電源解決方案迎接低碳新時代

發(fā)布時間:2021-09-10 來源:MPS 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】開關(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。隨著開關(guān)電源在各個應(yīng)用上的不斷發(fā)展和消費(fèi)者對便攜性的要求,開關(guān)電源繼續(xù)朝著小型化,輕量化的趨勢發(fā)展。近年來,碳達(dá)峰、碳中和“3060”目標(biāo)開啟了低碳新時代,隨著節(jié)能減排的要求越來越嚴(yán),人們對環(huán)保節(jié)能低耗綠色提出了更高要求,對開關(guān)電源的能效標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)。比如,歐盟執(zhí)委會最新的CoCV5六級能效標(biāo)準(zhǔn)第二階段,美國能源部DoE6六級能效都對空載功耗、效率提出了更高的要求,來達(dá)到節(jié)能減排的目的。
 
低碳時代到來,引領(lǐng)小型化和高效率趨勢
 
開關(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。隨著開關(guān)電源在各個應(yīng)用上的不斷發(fā)展和消費(fèi)者對便攜性的要求,開關(guān)電源繼續(xù)朝著小型化,輕量化的趨勢發(fā)展。近年來,碳達(dá)峰、碳中和“3060”目標(biāo)開啟了低碳新時代,隨著節(jié)能減排的要求越來越嚴(yán),人們對環(huán)保節(jié)能低耗綠色提出了更高要求,對開關(guān)電源的能效標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)。比如,歐盟執(zhí)委會最新的CoCV5六級能效標(biāo)準(zhǔn)第二階段,美國能源部DoE6六級能效都對空載功耗、效率提出了更高的要求,來達(dá)到節(jié)能減排的目的。
 
開關(guān)電源的挑戰(zhàn)不斷升級
 
提高開關(guān)頻率可以大大減少無源器件的尺寸,包括電感、電容及變壓器。對于AC/DC 離線開關(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)生的開關(guān)損耗限制了其開關(guān)速度,傳統(tǒng)700V硅功率器件從開始的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關(guān)頻率限制,隔離變壓器的高頻化設(shè)計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,同時通過高頻化設(shè)計,功率密度才會大大的提升。
 
想要提高效率,可以通過新的開關(guān)拓?fù)?,譬如新型的反激拓?fù)銩CF(Active-Clamp Flyback)就可以消除開通損耗,同時做到隔離變壓器的漏感回收,加上第三代半導(dǎo)體功率器件的快速關(guān)斷,開關(guān)損耗可以降到忽略不計。提升了效率,同時讓電源的設(shè)計頻率不會受到功率器件的限制,大大地加速了小型化。
 
MPS攜新型ACDC電源解決方案迎接低碳新時代
圖1:GaN+新型拓?fù)涮岣咝?/div>
 
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)保”的新規(guī)范的出臺以及第三代半導(dǎo)體時代的到來,MPS的AC/DC電源產(chǎn)品不斷精進(jìn)技術(shù)和性能,迎合市場的發(fā)展趨勢:
 
●     利用多種新型拓?fù)涮岣咝剩罕热缡褂肞FC + LLC以及ACF+ZVS的混合拓方式以實(shí)現(xiàn)零打開損耗,同時回收漏感,可以達(dá)到93%以上的高效率。
●     采用全集成設(shè)計,以簡化設(shè)計,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)計簡潔,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),其開關(guān)頻率及效率都得到大大提高,高頻設(shè)計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。
 
 
MPS攜新型ACDC電源解決方案迎接低碳新時代
圖2:MPSACDC電源解決方案
 
其中,全集成反激控制器系列產(chǎn)品MPX2002/3,創(chuàng)新性地將初次級控制器合封在一顆芯片內(nèi),大大簡化了外圍電路設(shè)計,為實(shí)現(xiàn)快充電源的小型化提供了全新的思路。
 
MPS攜新型ACDC電源解決方案迎接低碳新時代
圖3:MPX2002典型應(yīng)用電路(原邊+ 副邊+ 反饋)
 
MPX2002在重載下可在CCM 下運(yùn)行,然后在負(fù)載降低時切換至準(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,開關(guān)頻率固定為20kHz,從而降低音頻噪聲。通過此特性,MPX2002可在所有負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)高效率,同時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,集成了初級控制器和同步整流控制器。簡化了設(shè)計,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 以上來滿足小型化需求。
 
MPS攜新型ACDC電源解決方案迎接低碳新時代
圖4:MPX2002 VS.傳統(tǒng)方案
 
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,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)動電路,從而實(shí)現(xiàn)了非常簡潔的外圍電路。
 
MPS攜新型ACDC電源解決方案迎接低碳新時代
圖5:HR1211的典型應(yīng)用電路
 
HR1211的數(shù)字控制內(nèi)核結(jié)合可重復(fù)編輯的存儲單元,賦予了整個方案強(qiáng)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(guān)鍵工作點(diǎn)的開關(guān)頻率;保護(hù)功能的閾值、時間以及恢復(fù)方式;所有這些主要的功能都可以通過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)計能夠靈活的適應(yīng)不同應(yīng)用在不同設(shè)計中的性能要求。
 
 
MPS攜新型ACDC電源解決方案迎接低碳新時代
圖6:HR1211應(yīng)用場景
 
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,未來會有更多新品不斷面市。
 
關(guān)于MPS
 
芯源系統(tǒng)股份有限公司(Monolithic Power Systems, Inc.,簡稱MPS),是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司,專注于高性能模擬集成電路和混合信號集成電路的設(shè)計、研發(fā)、制造和銷售,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車電子、云計算、存儲、通訊、工業(yè)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。MPS創(chuàng)建于1997年,2004年在納斯達(dá)克(NASDAQ)成功上市,目前市值超150 億美元。經(jīng)過20余年的全球市場拓展,目前MPS在亞太、北美、歐洲等地區(qū)設(shè)有16家分支機(jī)構(gòu),業(yè)務(wù)覆蓋全球30多個國家和地區(qū),全球客戶超10000家,累計出貨1000億顆芯片。
 
 
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