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            電源芯片的中功率應用高效解決方案,實現高效的“萬物皆可充”


            作者:劉明春    時間:2022/3/30 12:57:34  來源:   

            真正做到“萬物皆可充”并不是那么容易的事情,PI資深技術培訓經理Jason Yan表示,隨著功率的增加維持系統的高效率面臨著巨大挑戰。

            視線拉回到USB PD3.1標準的發布時刻,3.1標準的發布讓USB PD快充和USB-C接口也不再局限于消費類電子產品,不僅將充電電壓標準提升到了48V,輸出功率也提升至240W,這也讓USB PD快充標準的適用范圍加大不少。比如對于游戲本、顯示器這類設備,大部分充電電壓都在20V以下,在應用USB PD3.1快充標準時,只需要在電腦輸入端增加一個降壓電路即可滿足100W以上大功率充電的要求。而對于電動工具、電動自行車、工業電源這類多串鋰離子電池設備或者需要高電壓供電的設備來說,由于多串電池組的高電壓特性,可以直接通過USB PD3.1的拓展功率范圍的電壓與之適配。USB PD3.1標準進一步提升了USB PD快充標準的通用性,電壓和功率范圍覆蓋了筆記本電腦、顯示器、電動工具、工業電源、服務器等產品,真正做到“萬物皆可充”。

             

            此刻,功率的增加維持系統的高效率挑戰一直都在,當系統輸入功率超過75W時,需要功率因數校正(PFC),額外增加的前級PFC開關電路降低了整個系統的效率。Jason說,為了應對兩級挑戰,PI推出了一款適用于270W應用的HiperPFS™-5及HiperLCS™-2芯片組。其中,HiperPFS-5能夠為超快速充電適配器、消費電子產品、計算機和家電電源提供緊湊、高效的功率因數校正電路。HiperLCS-2芯片組,可提高LLC變換器效率并可減少40%的元件數,表面貼裝LLC芯片組可提供250W輸出功率,效率超過98%,且無需散熱片;空載功耗小于50mW。

             

            HiperPFS-5,元件數極少的有源PFC

            據悉,HiperPFS-5采用PowiGaN開關及獨特的控制引擎降低前級PFC變換的尺寸。HiperPFS-5的準諧振(QR)非連續導通模式(DCM)控制技術在不同輸出負載、輸入電壓和工頻周期內對開關頻率進行調整。QR模式的DCM控制可減低開關損耗并允許使用低成本的升壓二極管。相較于傳統的臨界導通模式(CRM)升壓PFC電路,變頻引擎可將升壓電感尺寸減小50%以上。

            憑借低開關損耗和導通損耗(PowiGaN開關進一步增強了這一優勢)以及無損耗電流檢測,HiperPFS-5 IC可在整個負載范圍內提供恒定的高效率,效率高達98.3%。HiperPFS-5 IC在滿載時可提供高于0.98的功率因數(PF)。在輕載下,創新的功率因數增強(PFE)功能可減小輸入濾波電容對功率因數的影響,即使在20%負載下也能保持0.96的高PF,且空載功耗僅為38mW。HiperPFS-5產品系列:涵蓋70 -240W輸出范圍。

             

            HiperLCS™-2,高度集成的芯片組簡化了LLC設計

            Jason介紹,推出的雙芯片解決方案由一個隔離器件和一個獨立半橋功率器件組成。

            使用獨立控制器和分立MOSFET的諧振變換器會使得電源體積過大。由于其復雜性和更多元件的使用,也會使得電源的生產制造面臨更大的困難。我們將先進的FREDFET和磁感耦合的FluxLink技術應用于LLC拓撲結構,使得效率達到98%,元件數量減少40%,并且無需使用占用空間的散熱片和可靠性不高的光耦。借助我們的解決方案,設計工程師既可以設計出供電視機、配有USB PD端口的顯示器、PC一體機和游戲機使用的小體積適配器及敞開式應用電源,也可以設計出供電動工具和電動自行車使用的小體積電池充電器。

             

            HiperPFS-5與HiperLCS-2 芯片組或InnoSwitch3的組合使用

            如果將HiperPFS-5與HiperLCS-2 芯片組結合使用,組合的兩級變換方案效率可達95%以上優于最佳的單級反激架構。

            應用范圍包括電視機,具有USB PD接口的顯示器,電動車及電動工具充電器,打印機及投影儀,常用適配器PC主電源、游戲機,240W功耗的家電應用。Jason表示,HiperPFS-5與HiperLCS-2 芯片組2022年第三季度全面量產,這一刻,高效的 “萬物皆可充”已經實現。

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