AC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案

對(duì)更大節(jié)能的需求不斷增加。對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員來說，這意味著要關(guān)注功率器件的關(guān)鍵參數(shù)，包括高效率和低待機(jī)功耗。對(duì)于 AC/DC 轉(zhuǎn)換器，能量傳輸和轉(zhuǎn)換需要仔細(xì)設(shè)計(jì)以及通過測試和測量進(jìn)行優(yōu)化。

AC/DC轉(zhuǎn)換器的目的是將輸入的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為可變的直流電壓，然后通過濾波器對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以獲得未穩(wěn)壓的直流電壓。AC/DC轉(zhuǎn)換器主要用于消費(fèi)類設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)和過程控制系統(tǒng)、測量設(shè)備、半導(dǎo)體制造設(shè)備和國防應(yīng)用。

例如，在智能家居中，功率設(shè)備實(shí)現(xiàn)了用于 AC/DC 轉(zhuǎn)換的高效硬件，旨在減少能量損失并顯著節(jié)省成本。智能家居和智能辦公室需要具有許多節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器和低功耗“始終開啟”傳感器的網(wǎng)狀控制系統(tǒng)。

AC/DC 轉(zhuǎn)換器的開發(fā)和選擇可能成為真正的挑戰(zhàn)。然而，業(yè)界提供越來越多的集成創(chuàng)新功能并縮短開發(fā)時(shí)間的集成電路。

選擇 AC/DC 設(shè)備

AC/DC 控制器的選擇與幾個(gè)因素有關(guān)。拓?fù)?、控制算法和性能只是其中一些關(guān)鍵方面。

保護(hù)功能也是電力系統(tǒng)中必不可少的安全性和可靠性方面。有幾種類型的保護(hù)，包括與輸入(過壓和輸入壓降)、輸出(過載、短路、反向電壓和過壓)和溫度(過熱和環(huán)境溫度升高)相關(guān)的保護(hù)。很多時(shí)候，為了滿足特定要求，高度集成的解決方案通常比分立元件提供更高的性能和更低的功耗。

AC/DC 轉(zhuǎn)換器通常需要良好的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)高能效。這可以通過碳化硅 (SiC) 等創(chuàng)新工藝和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

每個(gè)設(shè)備總是受到可變性的影響，但精心設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必須為這些裕量提供穩(wěn)健性。使用高度集成的 AC/DC 轉(zhuǎn)換器減少了設(shè)計(jì)誤差的可變性，并允許魯棒性和參數(shù)容差。

解決方案

一個(gè)例子是 RECOM Power GmbH 的低功率 AC/DC 產(chǎn)品組合的最新成員，即用于家庭和 ITE 應(yīng)用的 RAC04-K/277 模塊。提供 4kV 絕緣和 –40°C 至 90°C 的工作溫度，使其適用于各種工作條件。這些模塊提供高達(dá) 150% 的峰值負(fù)載能力，以滿足動(dòng)態(tài)功率要求。此外，這些模塊還提供 80 VAC 至 305 VAC 的輸入電壓范圍，可滿足所有地域要求。

RAC04-K/277 AC/DC 模塊還為浮動(dòng)輸出提供了增強(qiáng)的 II 類隔離等級(jí)，并且在沒有外部組件的情況下具有 B 類排放合規(guī)性的寬裕度，這使得它們易于安裝(圖 1)。

圖 1：RECOM RAC04-K/277 系列(圖片：RECOM)

RECOM 還提供 3-W 解決方案 RAC03-K，適用于廣泛的工業(yè)應(yīng)用。兩種解決方案都支持 Ecodesign Lot 6 待機(jī)模式操作，適用于自動(dòng)化、工業(yè) 4.0、物聯(lián)網(wǎng)和家庭自動(dòng)化領(lǐng)域的全球應(yīng)用。

ROHM Semiconductor 的 BM2SCQ12xT-LBZ 系列 AC/DC 轉(zhuǎn)換器針對(duì)工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，包括用于大功率設(shè)備的逆變器。該系列集成了 1,700-V SiC MOSFET，與現(xiàn)有的硅功率器件相比，可提供更高的能效、小型化和更高的電壓容量。低壓 SiC MOSFET 和 IGBT 的使用限制了輔助電源的節(jié)能量。

該系列通過解決設(shè)計(jì)人員使用分立解決方案遇到的許多問題，促進(jìn)了 AC/DC 轉(zhuǎn)換器的高效設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，這些器件減少了所需的部件數(shù)量(從 12 個(gè)部件加散熱器到單個(gè) IC)，這要?dú)w功于集成的 SiC MOSFET 和優(yōu)化的控制電路。

該設(shè)備將能源效率提高了 5%(并將功率損耗降低了 28%)。這些特性可在工業(yè)應(yīng)用中大幅減小尺寸、提高可靠性和出色的節(jié)能效果(圖 2)。

圖 2：ROHM 的 BM2SCQ12xT-LBZ 的典型應(yīng)用電路(圖片：ROHM Semiconductor)

Infineon Technologies AG 的最新一代 AC/DC CoolSET 集成功率級(jí)是通過在 DIP 封裝 7 和 DSO-12 中集成其最新系列 CoolMOS P7 700-V 和 800-V 超結(jié) MOSFET 實(shí)現(xiàn)的。

準(zhǔn)諧振 CoolSET 系列集成智能數(shù)字算法，允許脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器優(yōu)化不同交流線路輸入工作條件下的開關(guān)頻率變化。該系列適用于開關(guān)模式電源 (SMPS) 應(yīng)用，例如家用電器(例如洗衣機(jī)、冰箱和空調(diào))、機(jī)頂盒、LCD/LED 顯示器、電信/服務(wù)器、和通用電源，最大輸出功率高達(dá) 43W。

基于 Power Integrations 氮化鎵 (GaN) 的 AC/DC 轉(zhuǎn)換器在滿載時(shí)提供高達(dá) 95% 的效率。所有三款器件(InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP 和 InnoSwitch3-Pro)都將初級(jí)、次級(jí)和反饋電路整合到一個(gè)表面貼裝封裝中。InnoSwitch3-CP 和 -EP 變體是硬件可配置的，而 InnoSwitch3-Pro 具有用于軟件設(shè)定點(diǎn)控制、異常處理和安全模式的數(shù)字接口(圖 3)。

圖 3：Power Integrations 的 InnoSwitch3-Pro 的典型應(yīng)用電路(圖片：Power Integrations)

STMicroelectronics 的高壓 AC/DC 轉(zhuǎn)換器集成了先進(jìn)的 PWM 控制器和高壓功率 MOSFET，適用于 SMPS。該產(chǎn)品組合由 VIPer、VIPerPlus 和 Altair 系列組成，提供多種拓?fù)溥x擇，包括具有隔離或非隔離實(shí)現(xiàn)的近諧振、反激和降壓配置。

VIPer 系列提供 700-V HV 垂直功率 MOSFET，而 VIPerPlus 系列具有堅(jiān)固的 800-V 功率 MOSFET 和最先進(jìn)的 PWM 控制器，待機(jī)功耗低于 30 mW(265 VAC 時(shí))。Altair 系列集成了一個(gè) 900V MOSFET 和一個(gè) PWM 控制器，專為無需光電元件的實(shí)施而設(shè)計(jì)，從而減少了元件數(shù)量。

Dialog Semiconductor 的 AC/DC 轉(zhuǎn)換器為嵌入式系統(tǒng)提供獨(dú)立的數(shù)字控制器和數(shù)字控制器，這些控制器采用 PrimAccurate 和 AccuSwitch 技術(shù)，可減少外部組件的數(shù)量。Dialog 的數(shù)字控制內(nèi)核通過將空載功耗降至幾乎為零并通過實(shí)時(shí)波形分析改善負(fù)載和線路調(diào)節(jié)來提高能效。

一個(gè)例子是 Dialog 的 iW673 同步整流器控制器，它模擬反激式次級(jí)側(cè)的二極管整流器與 MOSFET 相結(jié)合，以減少傳導(dǎo)損耗。該功率器件采用專有的自適應(yīng)數(shù)字關(guān)斷控制技術(shù)。這最大限度地減少了同步整流器的關(guān)斷時(shí)間，從而可以消除傳統(tǒng)同步整流器所需的并聯(lián)肖特基二極管?？刂破鞯墓ぷ鞴?，不包括驅(qū)動(dòng)器，在空載時(shí)小于 4 mW(圖 4)。

圖 4：Dialog Semiconductor 的 iW673 的典型應(yīng)用電路(圖片：Dialog Semiconductor)

結(jié)論

對(duì)穩(wěn)健性、可靠性和效率的日益增長的需求導(dǎo)致了創(chuàng)新電源技術(shù)和組件的發(fā)展。碳化硅就是其中一種技術(shù)。SiC技術(shù)通常用于大功率和高壓領(lǐng)域，也可以成功地用于小功率AC/DC轉(zhuǎn)換器，而不是更常見的硅MOSFET。這些新解決方案提高了效率，減少了開關(guān)損耗和散熱，因此減少了對(duì)笨重且昂貴的散熱器的需求。

設(shè)計(jì)人員還需要考慮全球法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。電源需要遵守許多涉及復(fù)雜且成本高昂的測試和測量活動(dòng)的法規(guī)和認(rèn)證。例如，對(duì)于集成 AC/DC IC 的 AC 適配器，需要 CE 認(rèn)證，而在關(guān)注噪聲的應(yīng)用中，通常需要 EMI/EMC 合規(guī)性。

審核編輯：湯梓紅