低碳時代,MPS引領AC/DC產品小型化高效率的新趨勢

2021-09-08 10:33:12 來源:EETOP
2021年8月26日,MPS在北京舉辦的ACDC中國區首場發布會上為與會者帶來了新產品在ACDC賽道上新產品的展示與布局,EETOP記者應邀出席。
 
MPS AC/DC 產品總監 Peter‐黃萬年先生在此次發布會上從AC/DC獨特性、安規以及標準,單級AC/DC基本結構,兩級AC/DC結構等多方面為大家分享了MPS AC/DC產品的市場優勢及其最新的技術進展,同時結合低碳新時代的到來,MPS也帶來了新型AC/DC的電源解決方案,在小型化、高效率方面不斷精進技術和性能,為客戶提供了全新的設計性思路。
 
Peter Huang
MPS ACDC 產品總監
 
2020 年加入 MPS,致力于領導 MPS AC/DC 產品全球業務,負責制定和執行 MPS
AC/DC 產品市場戰略。

在加入 MPS 之前, Peter 分別在納微半導體(Navitas),技領半導體(Active Semi),英飛凌(Infineon), XP Power, 康舒科技和等企業中分別擔任技術市場總監,產品線總監, 系統應用工程師,和電源設計師等職務。其經驗包括從小功率 5W 到大功率2000W 的 AC/DC 和 DC/DC 功率轉換,應用范圍遍及消費性電子、電腦便攜、 LED照明、伺服器和工業市場。 他擁有廣州華南理工大學授予的電氣工程學士學位,并在加拿大的西安大略大學 (University of Western Ontario) 取得了電力電子碩士學位。
 
針對綠色能耗,AC/DC中的安規也是最重要的方面。“它是一個標準,你做什么產品必須要滿足安規,做一個電源設計必須要過安規,但是要過安規之前設計的時候,你要考慮到一些安規要求,ACDC比較特別,很多時候都是在ACDC那邊設一個效率要求,然后大家就會往這個要求去meet,最低要求會定下來,包括平均效率、輕負載效率要求、待機功耗,這些也就是綠色能耗,綠色能耗也不是這兩年講,它講了很久,就是從這幾個機構開始,定了一些效率,有一些一開始定的很高,現在也是往這個目標去做,但很多時候你往這個方向去弄,各個公司都往最好的方向去做,這樣子的話,根據最高的可以做成的,然后幾年它就會把標準提升,這是對綠色能耗,這幾個很大的機構規定一些標準。”  MPS ACDC 產品總監在AC/DC的安規方面也做出了重要的闡述說明。

 
 
開關電源的趨勢
 
無論是ACDC或是DCDC,小型化即是開關電源未來的整體趨勢,功率密度提升將有利于整體成本的下降,對于適配器來講,也是增加自己競爭力的核心方案。
 
提升效率將有利于小型化的趨勢所向,散熱的熱設計至關重要,另外通過高級拓撲減少開關損耗以及提升更高的開關頻率,通過堆疊把空間充分利用,平均散熱,最終做到空間最小化。




提高效率成為必經之路

提高效率是小型化的必要途徑, 它不但可以減少損耗,同時還能減少散熱, 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, 同時通過高頻化設計, 功率密度才會大大的提升。想要提高效率, 可以通過新的開關拓撲, 譬如新型的反激拓撲 ACF(Active-Clamp Flyback) 就可以消除開通損耗, 同時做到隔離變壓器的漏感回收, 加上第三代半導體功率器件的快速關斷,開關損耗可以降到忽略不計。 提升了效率,同時讓電源的設計頻率不會受到功率器件的限制,大大地加速了小型化。
 
MPS 在 ACDC 領域深耕多年,擁有業界領先的產品,涵蓋了市面上 1~1000W 的產品范圍,客戶遍布全球。隨著“更綠色/環保”的新規范的出臺以及第三代半導體時代的到來, MPS 的 AC/DC 電源產品不斷精進技術和性能, 迎合市場的發展趨勢:

· 利用多種新型拓撲提高效率: 比如使用 PFC + LLC 以及 ACF+ZVS 的混合拓方式以實現零打開損耗, 同時回收漏感,可以達到 93%以上的高效率。

· 采用全集成設計,以簡化設計,減少成本: 傳統的非隔離式 AC/DC 解決方案通常需要使用多顆 IC,同時還需配備原邊及副邊控制器以及光隔離器等,占板面積大, BOM 成本高; MPS 最新一代解決方案尺寸緊湊,集成度高, 1 顆 IC 即可囊括原邊和同步控制器,設計簡潔,占板面積小,成本效益高。

· 高頻化的芯片以適應新一代功率器件: 傳統硅器件的開關頻率低,效率也很難提高,隨著GaN 等新型半導體材料的出現,其開關頻率及效率都得到大大提高,高頻設計更加符合新型功率器件的要求。

· 數字化產品可以實現更好的性能: 傳統的模擬控制器很難跟上日新月異的變化,新一代數字電源芯片的優勢日趨明顯, MPS 的產品采用數字化內核,具有非常豐富的可配置項目,相比傳統控制器,具有更多的靈活性
 
MPS ACDC的產品發展方向:新型拓撲,高集成度,高頻率數字化。


全集成反激控制器系列產品 MPX2002/3, 創新性地將初次級控制器合封在一顆芯片內,大大簡化了外圍電路設計,為實現快充電源的小型化提供了全新的思路。

圖 3: MPX2002 典型應用電路(原邊 + 副邊 + 反饋)

MPX2002 在重載下可在 CCM 下運行,然后在負載降低時切換至準諧振(QR)操作。如果負載進一步降低, MPX2002 將在跳頻(PFM)模式下工作。當其進入突發模式時,開關頻率固定為 20kHz,從而降低音頻噪聲。通過此特性, MPX2002 可在所有負載條件下實現高效率,同時具有出色的電磁干擾(EMI)性能。 傳統方案需要反激控制器、光耦、電壓基準和同步整流控制器四顆 IC,而使用MPX2002 單 IC 方案,集成了初級控制器和同步整流控制器。簡化了設計, 提高了效率, 減小了占板
面積,降低待機功耗,增強可靠性,無需光耦反饋,防止光耦在高可靠性環境出現老化。特別在 CCM運行模式下能夠實現更高精度的同步整流控制。 MPX2003 把頻率進一步提升到 130kHz 以上來滿足小型化需求。

圖 4: MPX2002 VS. 傳統方案
MPS AC/DC 的另一款成名之作 HR1211, 也充分地體現了 MPS 的產品優勢, 這是一款集成多模式PFC 和電流型 LLC 的二合一控制器。芯片集成了高壓電流源、安規認證的 X 電容放電電路、 PFC 和LLC 的高壓驅動電路,從而實現了非常簡潔的外圍電路。
 
圖 5: HR1211 的典型應用電路

HR1211 的數字控制內核結合可重復編輯的存儲單元,賦予了整個方案強大的靈活性。 PFC 和 LLC 兩級電路之間的配合;不同控制模式之間的切換;關鍵工作點的開關頻率;保護功能的閾值、時間以及恢復方式;所有這些主要的功能都可以通過 UART 的通訊口進行自由配置,并能夠在圖化操作界面上完成,這使得基于 HR1211 的電源設計能夠靈活的適應不同應用在不同設計中的性能要求。
 

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