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(dá) 40% 之外，MinE-CAP 還大幅降低了浪涌電流，無(wú)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(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(guò)提高開(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(chē)。

一個(gè)詞：效率

市場(chǎng)在不斷尋求效率。消費(fèi)者需要快速充電時(shí)間，但與此同時(shí)，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(fù)雜算法通過(guò)動(dòng)態(tài)精細(xì)電壓和電流調(diào)整來(lái)跟上市場(chǎng)需求。

GaN技術(shù)的實(shí)施使得通過(guò)充分利用其熱特性來(lái)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(kāi)關(guān)頻率，”P(pán)ower Integrations 培訓(xùn)主管 Andrew Smith 說(shuō)?！爱?dāng)你想讓通路更小時(shí)，你必須提高開(kāi)關(guān)頻率。因此，我們將在市場(chǎng)上看到的許多應(yīng)用都將開(kāi)關(guān)頻率推得非常高。

“PowiGaN 開(kāi)關(guān)無(wú)需散熱器或散熱器即可提高效率，”他補(bǔ)充道?！巴瑫r(shí)，InnoSwitch3 器件引入了熱折返，沒(méi)有極端情況限制和快速充電的峰值功率?！?/p>

通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率 （》300 kHz），可以減小變壓器尺寸，但此過(guò)程可能會(huì)在實(shí)際反激實(shí)施中產(chǎn)生熱、EMI 和效率問(wèn)題，并引入其他組件以減輕這些影響?！斑@也意味著，從機(jī)械上講，很難構(gòu)建電源，因?yàn)槟悻F(xiàn)在有更多的組件，”史密斯說(shuō)。

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

“它是一個(gè)巨大的組件，可以控制峰值功率，成為進(jìn)一步減小電源尺寸的理想選擇，”Smith 說(shuō)。“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。“因此，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(chǔ)在電容器中的能量與電壓和電容的平方成正比，小于一個(gè)因數(shù) ??！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］，我們需要多 4 倍的電容”，Smith 說(shuō)。

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(gè) 400 V 的電容器。“問(wèn)題在于 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(shuō)?！拔覀冞M(jìn)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(yīng)。所以這就是問(wèn)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。”

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(gè)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(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)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(shuō)?！耙虼?，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(jí)上實(shí)施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，需要良好的魯棒性來(lái)承受浪涌電流。通常，設(shè)計(jì)人員會(huì)在輸入級(jí)上插入一個(gè)浪涌電流限制器、熱敏電阻或類(lèi)似的東西，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，從而保持高效率。

浪涌電流可以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到 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(chǎng)區(qū)域?！拔覀儗?shí)際上可以將整個(gè)電源的尺寸減少多達(dá) 40%，具體取決于應(yīng)用，”Smith 說(shuō)。

圖 2：MinE-CAP 在線路電壓較低時(shí)添加低壓電容器，并在電壓升高時(shí)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(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(kāi)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)低壓電容器免受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，從而顯著提高穩(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