高功率密度AC/DC轉(zhuǎn)換器（電源）的解決方案

Power Integrations宣布了其最新的MinE-CAP技術(shù)，該技術(shù)是具有通用輸入的高功率密度AC / DC轉(zhuǎn)換器（電源）的解決方案。除了將高壓電解電容器（散裝電容器）的尺寸以及適配器的整體尺寸減小多達(dá)40％之外，MinE-CAP還能極大地減小浪涌電流，從而使NTC熱敏電阻變得不必要，從而提高了系統(tǒng)效率并減少散熱。

電解電容器會(huì)占用AC / DC電源中的空間，并且通常會(huì)限制整個(gè)電池充電器的外形尺寸。Power Integrations旨在將低壓電容器用于大部分能量存儲(chǔ)，從而隨電壓線性減小這些組件的體積。

傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換解決方案通過(guò)增加開(kāi)關(guān)頻率以允許使用更小的變壓器來(lái)減小電源的尺寸。MinE-CAP不僅減小了尺寸，而且還解決了與高頻設(shè)計(jì)相關(guān)的其他EMI和耗散挑戰(zhàn)。應(yīng)用包括智能移動(dòng)充電器，家用電器，電動(dòng)工具，照明和汽車。

一句話：效率

市場(chǎng)一直在尋求效率。消費(fèi)者要求快速充電，但與此同時(shí)，他們希望能夠承受更高功率密度的小型充電器。從2.5 W到65 W的寬功率范圍要求采用新的復(fù)雜算法，以通過(guò)動(dòng)態(tài)微調(diào)電壓和電流來(lái)適應(yīng)市場(chǎng)需求。

GaN技術(shù)的實(shí)施使得可以通過(guò)充分利用其熱性能來(lái)減少散熱片。“除了GaN之外，在討論電源效率時(shí)要考慮的另一個(gè)因素是開(kāi)關(guān)頻率，” Power Integrations培訓(xùn)總監(jiān)安德魯·史密斯（Andrew Smith）說(shuō)。“當(dāng)您想縮小路徑時(shí)，必須增加開(kāi)關(guān)頻率。因此，我們將在市場(chǎng)中看到很多應(yīng)用，將開(kāi)關(guān)頻率提高得非常高。

他補(bǔ)充說(shuō)：“ PowiGaN開(kāi)關(guān)無(wú)需散熱器和散熱器即可提高效率?！薄芭c此同時(shí)，InnoSwitch3器件引入了熱折返功能，沒(méi)有極端情況下的限制，并且峰值功率可快速充電?！?/p>

通過(guò)增加開(kāi)關(guān)頻率（> 300 kHz），可以減小變壓器的尺寸，但是此過(guò)程會(huì)由于引入其他組件來(lái)減輕這些影響而在實(shí)際反激式實(shí)現(xiàn)中產(chǎn)生熱，EMI和效率問(wèn)題?！斑@也意味著從機(jī)械上講，很難構(gòu)建電源，因?yàn)槟F(xiàn)在擁有更多的組件，” Smith說(shuō)。

開(kāi)關(guān)頻率的增加帶來(lái)了濾波器的增加，以減少緩沖和開(kāi)關(guān)損耗，從而失去了以前創(chuàng)造的一些尺寸優(yōu)勢(shì)?！霸诔跫?jí)側(cè)[圖1]上需要考慮的另一個(gè)組件是輸入電容器[體電容器]，即電解電容器，”史密斯說(shuō)。

圖1：帶有輸入大容量電容器的AC / DC電源。開(kāi)關(guān)頻率和變壓器線電壓決定了大容量電容器的體積。（來(lái)源：Power Integrations）

Smith說(shuō)：“它是控制峰值功率的巨大組件，并且可以成為進(jìn)一步減小電源尺寸的理想選擇?！薄拔覀冄芯康氖且环N減小輸入電容器尺寸的技術(shù)。

他補(bǔ)充說(shuō)：“取決于輸入電壓和輸出所需的能量，需要更多的輸入電容?！薄熬托阅芏?，這與您要維持的輸入電壓范圍以及您要提供的輸出功率有關(guān)?！?/p>

電容器中存儲(chǔ)的能量與電壓和電容的平方成正比，小于一倍的1/2。Smith表示：“對(duì)于高壓線路[176–264 VAC]，我們需要較少的電容，對(duì)于低壓線路[90–132 VAC]，我們需要4倍以上的電容?！?Smith說(shuō)。

大容量電容器必須足夠大，以承受寬輸入電源范圍（即264 VAC）中的高壓，這意味著大約一個(gè)400 V電容器。Smith表示：“問(wèn)題是400 V的大容量電容器比160 V的大容量電容器要大得多。”“我們進(jìn)行了并排比較，一個(gè)10 μF的400 V電容器的尺寸與一個(gè)100 μF的160 V電容器的尺寸大致相同，而對(duì)于65 W的功率，通常需要100 μF的電容。供應(yīng)。因此，這就是問(wèn)題所在，這就是為什么大容量電容器如此之大的原因。它既提供了高電壓又提供了高電容。”

要求高壓和高電容電容器具有寬輸入范圍，從而使該組件變大。Power Integrations通過(guò)將尺寸減小到最小來(lái)引入了集成解決方案。

電容控制器

迷你電容是一個(gè)智能控制器，可確定輸入電壓是否足夠低，以為電路增加容量。這樣做的好處是我們有一個(gè)小的高壓電容器和一個(gè)更大，更快的低壓值。這使您可以大大減少大容量電容器所占用的空間。

“這的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，我們現(xiàn)在已經(jīng)消除了電路中最初看到的大部分電容，并減小了浪涌電流，這與大容量電容器的尺寸有關(guān)，” Smith說(shuō)?！耙虼穗娫纯吹降睦擞侩娏饕偷枚唷＿@意味著我們可以避免在電源輸入級(jí)上安裝浪涌限制器和其他保護(hù)電路，從而實(shí)際上可以提高效率?！?/p>

浪涌電流與大容量電容器的尺寸成正比，因此與輸入電壓成正比。較大的浪涌電流會(huì)導(dǎo)致輸入整流器承受更大的壓力。因此，需要良好的魯棒性來(lái)承受浪涌電流。通常，設(shè)計(jì)人員在輸入級(jí)上插入一個(gè)浪涌電流限制器，一個(gè)熱敏電阻或其他等效器件，以通過(guò)將浪涌電流降低90％以上來(lái)限制浪涌電流。使用MinE-CAP，無(wú)需引入浪涌電流濾波器，從而保持了高效率。

浪涌電流在短時(shí)間內(nèi)可能為100 A，對(duì)整流器產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱沖擊。熱敏電阻旨在為其通道提供高阻抗。

迷你電容技術(shù)在25 W至75 W的最佳功率下工作，非常適合僅需要快速充電的市場(chǎng)區(qū)域。Smith表示：“根據(jù)應(yīng)用的不同，我們實(shí)際上可以將整個(gè)電源的尺寸減少多達(dá)40％。”

圖2：MinE-CAP在低線路電壓時(shí)添加了低壓電容器，并在電壓增加時(shí)將其移除。（來(lái)源：Power Integrations）

圖3：MinE-CAP將大容量電容器的尺寸減小了50％。（來(lái)源：Power Integrations）

微型電容封裝提供了良好的熱連接，同時(shí)將熱量降至最低，從而保護(hù)了設(shè)備。

MinE-CAP得益于PowiGaN氮化鎵晶體管的小尺寸和低RDS（on），可根據(jù)交流線路電壓條件主動(dòng)并自動(dòng)連接和斷開(kāi)大容量電容器網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)部分。MinE-CAP極大地減少了高壓存儲(chǔ)組件的數(shù)量，并保護(hù)了低壓電容器免受主電源電壓波動(dòng)的影響，從而在降低系統(tǒng)維護(hù)和產(chǎn)品退貨的同時(shí)，顯著提高了魯棒性。

編輯：hfy