使用MinE-CAP減少電源體積

Power Integrations 宣布了其最新的 MinE-CAP 技術(shù)，這是一種用于具有通用輸入的高功率密度 AC/DC 轉(zhuǎn)換器的解決方案。除了減小高壓電解電容器（大容量電容器）的尺寸以及適配器的整體尺寸高達 40% 之外，MinE-CAP 還大幅降低了浪涌電流，無需使用 NTC 熱敏電阻，從而提高系統(tǒng)效率并減少散熱。

電解電容器占用 AC/DC 電源中的空間，并且通常會限制整個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，從而隨著電壓線性減小這些組件的體積。

傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換解決方案通過提高開關(guān)頻率以允許使用更小的變壓器來減小電源的尺寸。MinE-CAP 不僅減小了尺寸，而且解決了與高頻設計相關(guān)的額外 EMI 和耗散挑戰(zhàn)。應用包括智能移動充電器、家用電器、電動工具、照明和汽車。

一個詞：效率

市場在不斷尋求效率。消費者需要快速充電時間，但與此同時，他們想要能夠承受更高功率密度的小型充電器。從 2.5 W 到 65 W 的寬功率范圍需要新的復雜算法通過動態(tài)精細電壓和電流調(diào)整來跟上市場需求。

GaN技術(shù)的實施使得通過充分利用其熱特性來減少散熱器成為可能?！俺?GaN，在談論電源效率時要考慮的另一個因素是開關(guān)頻率，”Power Integrations 培訓主管 Andrew Smith 說?！爱斈阆胱屚犯r，你必須提高開關(guān)頻率。因此，我們將在市場上看到的許多應用都將開關(guān)頻率推得非常高。

“PowiGaN 開關(guān)無需散熱器或散熱器即可提高效率，”他補充道。“同時，InnoSwitch3 器件引入了熱折返，沒有極端情況限制和快速充電的峰值功率?！?/p>

通過提高開關(guān)頻率 （》300 kHz），可以減小變壓器尺寸，但此過程可能會在實際反激實施中產(chǎn)生熱、EMI 和效率問題，并引入其他組件以減輕這些影響?！斑@也意味著，從機械上講，很難構(gòu)建電源，因為你現(xiàn)在有更多的組件，”史密斯說。

開關(guān)頻率的增加帶來了濾波器的增加，以減少緩沖器和開關(guān)損耗，從而失去了以前創(chuàng)造的一些尺寸優(yōu)勢?！俺跫墏?cè) ［圖 1 ］ 需要考慮的另一個組件是輸入電容器 ［大容量電容器］，即電解電容器，”Smith 說。

圖 1：帶有輸入大容量電容器的 AC/DC 電源。開關(guān)頻率和變壓器線電壓決定了大容量電容器的體積。

“它是一個巨大的組件，可以控制峰值功率，成為進一步減小電源尺寸的理想選擇，”Smith 說?！拔覀冄芯康氖且环N減小輸入電容器尺寸的技術(shù)。

“根據(jù)輸入電壓和輸出所需的能量，需要更多的輸入電容，”他補充道?！耙虼?，就性能而言，這完全取決于您嘗試維持的輸入電壓范圍以及您嘗試提供的輸出功率量?！?/p>

存儲在電容器中的能量與電壓和電容的平方成正比，小于一個因數(shù) ??！皩τ诟邏壕€ ［176–264 VAC］，我們需要更少的電容，而對于低壓線 ［90–132 VAC］，我們需要多 4 倍的電容”，Smith 說。

大容量電容器必須足夠大，以在很寬的輸入電源范圍內(nèi)承受高壓，即 264 VAC，這意味著大約需要一個 400 V 的電容器?！皢栴}在于 400 V 的大容量電容器比 160 V 的大容量電容器要大得多，”Smith 說?！拔覀冞M行了并排比較，10-μF 400-V 電容器與 100-μF 160-V 電容器的尺寸大致相同，而 100-μF 通常是大約 65-W 功率的要求供應。所以這就是問題所在，這就是大容量電容器如此之大的原因。它提供了高電壓和高電容?！?/p>

高壓和大容量的電容器需要有很寬的輸入范圍，這使得這個組件很大。Power Integrations 推出了一種集成解決方案，將尺寸降至最低。

電容控制器

迷你電容是一種智能控制器，它決定輸入電壓是否足夠低以增加電路的額外容量。這樣做的好處是我們有一個小的高壓電容器和一個更大、更快的低壓值。這使您可以大大減少大容量電容器占用的空間量。

“這樣做的另一個優(yōu)點是，我們現(xiàn)在已經(jīng)消除了最初在電路中看到的大部分電容，并減少了浪涌電流，這與大容量電容器的尺寸有關(guān)，”史密斯說。“因此，電源的浪涌電流要低得多。這意味著我們可以避免在電源輸入級上實施浪涌限制器和其他保護電路，因此我們實際上可以提高效率。”

浪涌電流與大容量電容器的大小成正比，因此與輸入電壓成正比。較大的浪涌電流會導致輸入整流器承受更大的壓力。因此，需要良好的魯棒性來承受浪涌電流。通常，設計人員會在輸入級上插入一個浪涌電流限制器、熱敏電阻或類似的東西，以通過將浪涌電流降低 90% 以上來限制浪涌電流。使用 MinE-CAP，無需引入浪涌電流濾波器，從而保持高效率。

浪涌電流可以在短時間內(nèi)達到 100 A，從而對整流器產(chǎn)生強烈的熱沖擊。熱敏電阻旨在為其通道提供高阻抗。

迷你電容技術(shù)在大約 25 W 和 75 W 之間效果最佳，非常適合只需要快速充電的市場區(qū)域?！拔覀儗嶋H上可以將整個電源的尺寸減少多達 40%，具體取決于應用，”Smith 說。

圖 2：MinE-CAP 在線路電壓較低時添加低壓電容器，并在電壓升高時將其移除。

圖 3：MinE-CAP 將大容量電容器的尺寸減小了 50%。

迷你帽封裝提供良好的熱連接，同時最大限度地減少熱量，從而保護設備。

MinE-CAP 受益于PowiGaN 氮化鎵晶體管的小尺寸和低 R DS（on） ，可根據(jù)交流線路電壓條件主動自動連接和斷開大容量電容器網(wǎng)絡的各個部分。MinE-CAP 顯著減少了高壓存儲組件的數(shù)量，并保護低壓電容器免受電網(wǎng)電壓波動的影響，從而顯著提高穩(wěn)健性，同時減少系統(tǒng)維護和產(chǎn)品退貨。

審核編輯：郭婷