使用MinE-CAP減少電源供應(yīng)可提高系統(tǒng)效率

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（電源）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(dá) 40% 外，MinE-CAP 還大幅降低了浪涌電流，從而無需 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(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(shè)計(jì)相關(guān)的額外 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。

一個(gè)字：效率

市場一直在尋求效率。消費(fèi)者要求快速充電，但與此同時(shí)，他們想要能夠承受更高功率密度的更小充電器。從 2.5 W 到 65 W 的寬功率范圍需要新的復(fù)雜算法，以通過動(dòng)態(tài)精細(xì)電壓和電流調(diào)整來跟上市場需求。

GaN 技術(shù)的實(shí)施使得通過充分利用其熱特性來減少散熱器成為可能。“除了 GaN，在談?wù)撾娫葱蕰r(shí)要考慮的另一個(gè)因素是開關(guān)頻率，”Power Integrations 培訓(xùn)總監(jiān) Andrew Smith 說?！爱?dāng)你想讓通路更小時(shí)，你必須增加開關(guān)頻率。因此，我們將在市場上看到的許多應(yīng)用將開關(guān)頻率推高。

“PowiGaN 開關(guān)無需散熱器或散熱器即可提高效率，”他補(bǔ)充道。“與此同時(shí)，InnoSwitch3 設(shè)備引入了熱折返，沒有角落情況限制和快速充電的峰值功率?！?/p>

通過增加開關(guān)頻率 （》300 kHz），可以減小變壓器尺寸，但此過程可能會(huì) 為實(shí)際反激實(shí)現(xiàn)帶來熱、EMI 和效率問題，并引入其他組件來減輕這些影響。“這也意味著在機(jī)械上，很難構(gòu)建電源，因?yàn)槟悻F(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，從而失去了之前創(chuàng)造的一些尺寸優(yōu)勢(shì)?！靶枰紤]的初級(jí)側(cè) ［圖 1 ］的另一個(gè)組件是輸入電容器 ［大容量電容器］，即電解電容器，”史密斯說。

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(gè)巨大的組件，可以控制峰值功率并成為進(jìn)一步縮小電源尺寸的理想選擇，”Smith 說。“我們研究的是一種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(bǔ)充道?！耙虼?，就性能而言，一切都與您試圖維持的輸入電壓范圍以及您試圖提供的輸出功率有關(guān)?！?/p>

存儲(chǔ)在電容器中的能量與電壓和電容的平方成正比，小于 1/2?！皩?duì)于高壓線 ［176–264 VAC］，我們需要更少的電容，而對(duì)于低壓線 ［90–132 VAC］，我們需要增加 4 倍的電容”，Smith 說。

大容量電容器必須足夠大，以承受寬輸入電源范圍內(nèi)的高壓 — 即 264 VAC，這意味著大約一個(gè) 400 V 的電容器。“問題在于，400 V 的大容量電容器比 160 V 的大容量電容器大得多，”史密斯說。“我們進(jìn)行了并排比較，10-μF 400-V 電容器的尺寸與 100-μF 160-V 電容器大致相同，而 100-μF 的電容器通常需要大約 65-W 的功率供應(yīng)。這就是問題所在，這就是為什么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>

需要高壓和大容量電容器具有較寬的輸入范圍，從而使該組件變大。Power Integrations 推出了一種通過將尺寸減小到最小的集成解決方案。

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容量。這樣做的好處是我們有一個(gè)小而高壓的電容器和一個(gè)更大、更快、低壓值。這使您可以大幅減少大容量電容器占用的空間量。

“這樣做的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，我們現(xiàn)在已經(jīng)去除了最初在電路中看到的大部分電容，并降低了浪涌電流，這與大容量電容器的尺寸有關(guān)，”史密斯說?！耙虼耍娫吹睦擞侩娏饕偷枚?。這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，因此我們實(shí)際上可以提高效率?！?/p>

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(huì)導(dǎo)致輸入整流器承受更大的壓力。因此，需要良好的魯棒性以承受浪涌電流。通常，設(shè)計(jì)人員會(huì)在輸入級(jí)插入浪涌電流限制器、熱敏電阻或等效物，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。

短時(shí)間內(nèi)涌入電流可能為 100 A，從而對(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 之間效果最佳，非常適合僅需要快速充電的市場領(lǐng)域。“我們實(shí)際上可以將整個(gè)電源的尺寸減少約 40%，具體取決于應(yīng)用，”史密斯說。

圖 2：MinE-CAP 在低線電壓時(shí)添加低壓電容器，并在電壓升高時(shí)移除它們。

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(shí)最大限度地減少熱量，從而保護(hù)設(shè)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(dòng)自動(dòng)連接和斷開大容量電容器網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)部分。MinE-CAP 顯著減少了高壓存儲(chǔ)組件的數(shù)量，并保護(hù)低壓電容器免受市電電壓波動(dòng)的影響，顯著提高穩(wěn)健性，同時(shí)減少系統(tǒng)維護(hù)和產(chǎn)品退貨。

審核編輯：郭婷