創(chuàng)新的電源架構(gòu)提高了AC/DC轉(zhuǎn)換器的效率并縮小了尺寸

用于低功率應(yīng)用（輸出功率低于 100W）的 AC/DC 轉(zhuǎn)換器多年來(lái)一直采用準(zhǔn)諧振 （QR） 或有源鉗位反激（ACF） 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Eggtronic 是一家成立于 2012 年、總部位于舊金山摩德納（意大利）的公司，最近發(fā)布了 QuarEgg+，這是一種用于 AC/DC 轉(zhuǎn)換器的專(zhuān)有電源架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)效率提高和三倍尺寸減小。作為經(jīng)典 QR 和 ACF 拓?fù)涞奶娲?，QuarEgg+ 能夠提供平坦的效率曲線(xiàn)，即使在非常輕的負(fù)載和低待機(jī)功耗下也是如此。

在準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器中，沒(méi)有固定的開(kāi)關(guān)頻率，因?yàn)?a target="_blank">控制器在開(kāi)啟之前等待漏極電壓的波谷之一。器件關(guān)閉和第一個(gè)谷底之間的時(shí)間由諧振頻率決定，而器件開(kāi)啟和器件關(guān)閉之間的時(shí)間由控制器決定。盡管 QR 轉(zhuǎn)換器能夠降低導(dǎo)通損耗，提高效率，但當(dāng)負(fù)載具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，它們會(huì)受到影響。事實(shí)上，在較輕的負(fù)載下，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)增加，從而導(dǎo)致更高的開(kāi)關(guān)損耗。

上述問(wèn)題可以通過(guò)使用 ACF 轉(zhuǎn)換器來(lái)解決，該轉(zhuǎn)換器確保永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)最大開(kāi)關(guān)頻率，同時(shí)在其中一個(gè)波谷上進(jìn)行開(kāi)關(guān)。然而，這需要更高的成本。

Eggtronic QuarEgg+ 架構(gòu)

通過(guò)最大化性能、最小化外形和提高可靠性，Eggtronic 的新架構(gòu)特別適用于電源應(yīng)用，從適配器和快速充電器以及移動(dòng)設(shè)備和筆記本電腦的適配器，到揚(yáng)聲器和智能家居助理的電源。

“我們的解決方案已達(dá)到幾乎等于 25W/英寸3的功率密度，最大限度地提高了滿(mǎn)載和輕載時(shí)的效率，眾所周知，隨著功率密度的增加，效率會(huì)降低。這是 QuarEgg+ 取得的真正成果”，Eggtronic 的首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人 Igor Spinella 說(shuō)。

QuarEgg+ 拓?fù)涞幕究驁D如圖 1 所示。

QuarEgg+ 在所有負(fù)載范圍內(nèi)均以零電壓開(kāi)關(guān) （ZVS） 模式運(yùn)行，從極輕負(fù)載到滿(mǎn)負(fù)載，都能產(chǎn)生幾乎平坦的效率曲線(xiàn)。滿(mǎn)載時(shí)效率高達(dá) 95%，輕載時(shí)效率高達(dá) 92%。由于低于 15 mW 的超低待機(jī)功耗，進(jìn)一步降低了功耗。此外，取消高壓、高側(cè)鉗位MOSFET 可最大限度地減少組件數(shù)量并提高可靠性，同時(shí)平滑的瞬態(tài)響應(yīng)可降低 EMI 以簡(jiǎn)化濾波要求。

圖 1：QuarEgg+ 簡(jiǎn)化框圖

QuarEgg+ 解決方案和標(biāo)準(zhǔn) QR 反激式效率曲線(xiàn)之間的比較如圖 2 所示。該比較是使用相同的硅 MOSFET、電解電容器和磁芯完成的，以評(píng)估直接歸因于性能的提高QuarEgg+ 使用成本優(yōu)化的物料清單。

“即使在非常輕的負(fù)載條件下，效率曲線(xiàn)也幾乎保持平坦。我們的目標(biāo)是提高峰值效率，使其在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)盡可能保持穩(wěn)定，”Igor Spinella 說(shuō)。

已經(jīng)在5V，輸出功率為1-2W（標(biāo)稱(chēng)輸出功率為45W），即使使用低成本組件，效率也高于90%，因此效率曲線(xiàn)實(shí)際上是平坦的。

Eggtronic 已經(jīng)準(zhǔn)備好基于 QuarEgg+ 技術(shù)的演示板，可用于 GaN MOSFET 和標(biāo)準(zhǔn)硅 MOSFET。使用這種架構(gòu)，使用與不使用 GaN 器件之間的效率差異是 0.5% 到 1%，這是所選 GaN 的函數(shù)。這是因?yàn)槭褂?ZVS 架構(gòu)，可以在沒(méi)有 GaN 功率器件的情況下實(shí)現(xiàn)高效率水平。

QuarEgg+ 提供的主要好處如下：

優(yōu)化中高負(fù)載條件下的效率

將性能提高到低于 10% 的負(fù)載

在供電 （PD） 應(yīng)用和空載條件下，功耗低至 15mW@115VAC 或低于 30mW@230VAC。

與準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器相比，QuarEgg+ 解決方案在次級(jí)側(cè)使用了一個(gè)額外的 MOSFET。然而，與 QR 轉(zhuǎn)換器相比，成本并沒(méi)有增加，這要?dú)w功于將功率傳輸 （PD） 等附加功能集成到解決方案中，并且初級(jí)側(cè)沒(méi)有控制器。如圖 1 所示，在 QuarEgg+ 拓?fù)渲校刂破魑挥诖渭?jí)側(cè)。最后，相對(duì)成本與 QR 轉(zhuǎn)換器的成本一致（圖 3）。

圖 3：QR、QuarEgg+ 和 ACF 之間 45W 功率傳輸?shù)谋容^

如圖 3 所示，QuarEgg+ 允許在輕負(fù)載條件下（功率小于 1W）達(dá)到最高效率水平，保持與有源鉗位解決方案和高功率密度相當(dāng)?shù)姆逯敌省＞哂屑傻碾娫磦鬏敚试S該解決方案已經(jīng)是 USB 3.1 PD 就緒（24V 和 48V）。

與 QR 轉(zhuǎn)換器相比，QR 轉(zhuǎn)換器在滿(mǎn)載時(shí)具有初級(jí)側(cè)低壓開(kāi)關(guān)，在中/輕載時(shí)具有硬開(kāi)關(guān)，QuarEgg+ 的初級(jí)側(cè)具有零電壓開(kāi)關(guān) （ZVS），可在所有負(fù)載條件下確保。

其他優(yōu)勢(shì)包括：

更好的 EMI 性能

需要的過(guò)濾器更少

谷值衰減沒(méi)有懲罰

出色的低負(fù)載效率

應(yīng)用

QuarEgg+ 架構(gòu)適用于之前應(yīng)用 QR 或 ACF 拓?fù)涞牡胤?。?duì)于不需要高達(dá) 75W 的功率因數(shù)校正器電路 （PFC） 的應(yīng)用而言，它是一種出色的解決方案。

“我們的 QuarEgg+ 解決方案以與 QR 轉(zhuǎn)換器相同的成本實(shí)現(xiàn)了與 ACF 轉(zhuǎn)換器相同的性能（但是，它在輕負(fù)載下表現(xiàn)不佳），”Igor Spinella 說(shuō)。

相關(guān)應(yīng)用包括筆記本電腦充電器（高達(dá) 75W，不需要 PFC）、消費(fèi)電子產(chǎn)品、移動(dòng)設(shè)備充電器和低功率設(shè)備。由于這些設(shè)備大部分時(shí)間都在輕負(fù)載條件下運(yùn)行，因此使用 QuarEgg+ 可以大大提高節(jié)能效果。

為了幫助開(kāi)發(fā)基于 QuarEgg+ 技術(shù)的 AC/DC 應(yīng)用，Eggtronic 將提供基于 GaN 和基于硅的 QuarEgg+ 量產(chǎn)就緒演示板，其功率輸出為 35 W、45 W 和 70 W。輸出選項(xiàng)包括USB PD（單輸出或雙輸出）、固定電壓和 CC CV。還將提供開(kāi)發(fā)板、集成電源控制器、一系列專(zhuān)有磁性元件和全面的技術(shù)支持。

審核編輯：郭婷