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电源芯片的中功率应用高效解决方案,实现高效的“万物皆可充”


作者:刘明春    时间:2022/3/30 12:57:34  来源:   

真正做到“万物皆可充”并不是那么容易的事情,PI资深技术培训经理Jason Yan表示,随着功率的增加维持系统的高效率面临着巨大挑战。

视线拉回到USB PD3.1标准的发布时刻,3.1标准的发布让USB PD快充和USB-C接口也不再局限于消费类电子产品,不仅将充电电压标准提升到了48V,输出功率也提升至240W,这也让USB PD快充标准的适用范围加大不少。比如对于游戏本、显示器这类设备,大部分充电电压都在20V以下,在应用USB PD3.1快充标准时,只需要在电脑输入端增加一个降压电路即可满足100W以上大功率充电的要求。而对于电动工具、电动自行车、工业电源这类多串锂离子电池设备或者需要高电压供电的设备来说,由于多串电池组的高电压特性,可以直接通过USB PD3.1的拓展功率范围的电压与之适配。USB PD3.1标准进一步提升了USB PD快充标准的通用性,电压和功率范围覆盖了笔记本电脑、显示器、电动工具、工业电源、服务器等产品,真正做到“万物皆可充”。

 

此刻,功率的增加维持系统的高效率挑战一直都在,当系统输入功率超过75W时,需要功率因数校正(PFC),额外增加的前级PFC开关电路降低了整个系统的效率。Jason说,为了应对两级挑战,PI推出了一款适用于270W应用的HiperPFS™-5及HiperLCS™-2芯片组。其中,HiperPFS-5能够为超快速充电适配器、消费电子产品、计算机和家电电源提供紧凑、高效的功率因数校正电路。HiperLCS-2芯片组,可提高LLC变换器效率并可减少40%的元件数,表面贴装LLC芯片组可提供250W输出功率,效率超过98%,且无需散热片;空载功耗小于50mW。

 

HiperPFS-5,元件数极少的有源PFC

据悉,HiperPFS-5采用PowiGaN开关及独特的控制引擎降低前级PFC变换的尺寸。HiperPFS-5的准谐振(QR)非连续导通模式(DCM)控制技术在不同输出负载、输入电压和工频周期内对开关频率进行调整。QR模式的DCM控制可减低开关损耗并允许使用低成本的升压二极管。相较于传统的临界导通模式(CRM)升压PFC电路,变频引擎可将升压电感尺寸减小50%以上。

凭借低开关损耗和导通损耗(PowiGaN开关进一步增强了这一优势)以及无损耗电流检测,HiperPFS-5 IC可在整个负载范围内提供恒定的高效率,效率高达98.3%。HiperPFS-5 IC在满载时可提供高于0.98的功率因数(PF)。在轻载下,创新的功率因数增强(PFE)功能可减小输入滤波电容对功率因数的影响,即使在20%负载下也能保持0.96的高PF,且空载功耗仅为38mW。HiperPFS-5产品系列:涵盖70 -240W输出范围。

 

HiperLCS™-2,高度集成的芯片组简化了LLC设计

Jason介绍,推出的双芯片解决方案由一个隔离器件和一个独立半桥功率器件组成。

使用独立控制器和分立MOSFET的谐振变换器会使得电源体积过大。由于其复杂性和更多元件的使用,也会使得电源的生产制造面临更大的困难。我们将先进的FREDFET和磁感耦合的FluxLink技术应用于LLC拓扑结构,使得效率达到98%,元件数量减少40%,并且无需使用占用空间的散热片和可靠性不高的光耦。借助我们的解决方案,设计工程师既可以设计出供电视机、配有USB PD端口的显示器、PC一体机和游戏机使用的小体积适配器及敞开式应用电源,也可以设计出供电动工具和电动自行车使用的小体积电池充电器。

 

HiperPFS-5与HiperLCS-2 芯片组或InnoSwitch3的组合使用

如果将HiperPFS-5与HiperLCS-2 芯片组结合使用,组合的两级变换方案效率可达95%以上优于最佳的单级反激架构。

应用范围包括电视机,具有USB PD接口的显示器,电动车及电动工具充电器,打印机及投影仪,常用适配器PC主电源、游戏机,240W功耗的家电应用。Jason表示,HiperPFS-5与HiperLCS-2 芯片组2022年第三季度全面量产,这一刻,高效的 “万物皆可充”已经实现。

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