AC/DC 解決方案如何實(shí)現(xiàn)空間受限應(yīng)用的效率提升

低碳時(shí)代正在引領(lǐng)芯片向更小、更高效的方向發(fā)展。開關(guān)電源在80年代替代線性電源之后，電源效率得到了極大的提升，尺寸也大大減少。隨著開關(guān)電源在各個(gè)應(yīng)用上的不斷發(fā)展和消費(fèi)者對(duì)便攜性的要求，開關(guān)電源繼續(xù)朝著小型化， 輕量化的趨勢(shì)發(fā)展。

本系列文章將分上、下兩篇來討論引領(lǐng)潮流的 AC/DC 解決方案。上篇將介紹無碳時(shí)代以及設(shè)計(jì)人員在使用傳統(tǒng)電源解決方案時(shí)面臨的問題；下篇將討論高效率AC/DC 解決方案如何實(shí)現(xiàn)空間受限應(yīng)用的效率提升。

近年來，碳達(dá)峰、碳中和“3060”目標(biāo)開啟了低碳新時(shí)代，隨著節(jié)能減排的要求越來越嚴(yán)，人們對(duì)環(huán)保節(jié)能低耗綠色提出了更高要求， 對(duì)開關(guān)電源的能效標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)。比如，歐盟執(zhí)委會(huì)最新的 CoC V5 六級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)第二階段，美國(guó)能源部 DoE6 六級(jí)能效都對(duì)空載功耗、效率提出了更高的要求，來達(dá)到節(jié)能減排的目的。

開關(guān)電源的挑戰(zhàn)不斷升級(jí)

提高開關(guān)頻率可以大大減少無源器件的尺寸，包括電感、電容及變壓器。對(duì)于 AC/DC 離線開關(guān)電源，其輸入端是50Hz/60Hz 230V的交流輸入，高電壓的高頻切換產(chǎn)生的開關(guān)損耗限制了其開關(guān)速度，傳統(tǒng)700V硅功率器件從開始的30kHz發(fā)展到現(xiàn)在200kHz，已經(jīng)碰到 Si 的物理瓶頸。

在 AC/DC 電源中，除了高壓功率器件的開關(guān)頻率限制，隔離變壓器的高頻化設(shè)計(jì)也要兼顧安全和效率，隨著頻率的增加，單位體積散熱的增加也大大制約了頻率的提升。

提高效率成為必經(jīng)之路

高效率是小型化的必要途徑， 它不但可以減少損耗，同時(shí)還能減少散熱， 給高頻小型化提供了必要的條件。只有效率提升了，單位體積散熱減少，同時(shí)通過高頻化設(shè)計(jì)，功率密度才會(huì)大大的提升。

有源鉗位反激等新型開關(guān)拓?fù)湟部梢蕴岣咝省＿@些拓?fù)湎烁綦x變壓器以及第三代半導(dǎo)體功率器件的啟動(dòng)損耗并實(shí)現(xiàn)了漏感恢復(fù)?？焖訇P(guān)斷開關(guān)損耗也可以降低至幾近忽略的水平。而提高效率并提高電源頻率又可以實(shí)現(xiàn)更小的封裝。

MPX2001 是一款集成了原邊調(diào)節(jié) (PSR) 和副邊調(diào)節(jié) (SSR) 的一體化反激式控制器。該器件集成了原邊驅(qū)動(dòng)電路、副邊控制器和同步整流 (SR) 驅(qū)動(dòng)器，而且無需反饋電路，因此實(shí)現(xiàn)了BOM極簡(jiǎn)的小尺寸綜合解決方案。MPX2001采用 SOICW20-19 封裝和 SOICW20 封裝以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的靈活性。其先進(jìn)的保護(hù)功能包括原邊過流保護(hù) (POCP)、欠壓鎖定保護(hù) (UVLO)、副邊輸出過載保護(hù) (OLP) 和短路保護(hù) (SCP)。 圖 1 顯示了MPX2001 的典型應(yīng)用。

圖1: MPX2001 典型應(yīng)用

提高效率還有其他方法，例如采用 GaN 或 GaN+ 拓?fù)洌▍⒁妶D 2）。

圖 2：新型 GaN+ 拓?fù)鋵?duì)效率的提升

作為AC/DC 領(lǐng)域的前沿制造商，MPS 提供的產(chǎn)品始終引領(lǐng)潮流，覆蓋范圍從 1W 到 1000W 不等（參見圖 3）。

圖 3：MPS的AC/DC電源解決方案

結(jié)論

隨著世界趨向于碳中和，更小尺寸、更有效的高效率電源需求日益增長(zhǎng)。MPS憑借著小尺寸、高效率的 AC/DC 電源（例如MPX2001 ）產(chǎn)品，幫助設(shè)計(jì)人員輕松面對(duì)越來越嚴(yán)苛的要求。本文介紹了電源設(shè)計(jì)人員所面臨的難題，以及緩解這些問題的一些高階方法。本系列文章的下篇將帶您深入了解MPS的最新產(chǎn)品，展示我們?nèi)绾沃泵孢@些挑戰(zhàn)。

審核編輯：彭菁