如今智能化、小型化、輕量化已成為電子產品發(fā)展的重要趨勢之一,越來越多的消費者傾向于體積小、重量輕、便攜帶產品所帶來的全新體驗。相比較于大型的設備而言,更小意味著提高了消費者對于產品放置的空間利用率,而且在日常維護中也相對省心不少。
但是目前市場上真正適用于市場需求的小型化產品并不算多,一些功能不完備、性能不夠理想、質量不可靠的產品遠遠沒有原來的產品設備實用。那么這就要求企業(yè)在對產品小型化設計與質量研發(fā)保證的過程中避免顧此失彼的現(xiàn)象。
日前,PowerIntegrations(PI)舉行的線上發(fā)布會,就針對市場小型化的趨勢介紹了創(chuàng)新式技術MinE-CAP器件。據(PI)資深技術培訓經理JasonYan介紹,該款產品是一款針對提高系統(tǒng)效率與縮小AC-DC變換器體積的元器件。產品亮點是它可以大幅縮小輸入大容量電容的尺寸,減小高達95%的浪涌電流,無需NTC熱敏電阻并且避免相關損耗。
MinE-CAP器件滿足縮小尺寸的需求
首先該器件是如何在如此小的空間內,將組件效率提高并減小尺寸的呢?閻金光表示,以充電器/適配器為例,目前的消費市場趨勢是需要更高功率以實現(xiàn)快速充電,而電源的尺寸則需要越小越好,但這在設計層面上來說就會面臨著矛盾選擇的難題,因為想要提高充電效率,必須增加額外的電路,而復雜的充電控制會增加電源的元件數目及復雜性,如動態(tài)精確的電壓和電流調整(如:USB-PD/PPS、VOOC等)或由移動設備進行軟件控制,所有這些功能的增加勢必會使得小尺寸電源的設計難度變大。
傳統(tǒng)的電源設計一般都會采用提高開關頻率的辦法來降低電源尺寸。而開關頻率的增加會帶來相應的開關損耗的增加,產生溫升問題。解決的辦法往往是采用有源箝位技術,而這無形當中又會造成成本的增加。正所謂牽一發(fā)而動全身,開關頻率、輸入電壓等問題在影響著變壓器和大容量電容器的體積大小。要知道,每個AC工頻周期期間大電容均會儲存釋放能量,相對于高壓輸入狀態(tài),低壓輸入(90-132VAC)時需要多達4倍的輸入濾波電容容量;高壓輸入(176-264VAC)時盡管儲能所需的容量較小,但其高壓輸入必須能夠耐受更高的直流母線電壓。因此,寬壓范圍工作要求輸入濾波電容具有足夠大的容量(滿足低壓時的儲能要求)及更高的耐壓額定值(高壓輸入時)。這樣的要求組合必然使得電容廠家難以將電容尺寸做小,因電容的體積直接跟容量和耐壓相關,電源設計工程師不得不選擇體積更大的電容以滿足寬電壓輸入范圍的設計要求。
如果堅持通過提高開關頻率來減小電源尺寸,反而會使小尺寸的變壓器掉進EMI及效率能否在批量生產中保持一致性的陷阱中去。那么怎樣在不提升開關頻率的情況下減小電源體積呢?PI全新的MinE-CAP?器件可以做到,在低壓輸入時將與其串聯(lián)的低壓電容接入直流母線兩端,而在高壓輸入時將此電容與母線斷開,以保證此電容不會承受過高的電壓。由于此外加電容的耐壓比較低,因而其體積可大大縮小。MinE-CAP當中的開關采用的是PI的高效的PowiGaN氮化鎵開關,由于其極低的導通電阻,可以保證低壓電容接入直流母線時直流母線兩端的串聯(lián)等效電阻不致過大,這對于降低紋波及改善差模EMI均有好處。
此外,該器件非常適合于通用輸入AC-DC變換器的設計,相對于采用有源箝位技術并增加頻率來降低電源尺寸的方法,使用MinE-CAP的方案總體元件數目可以更少,且不會面臨高頻設計當中不得不面臨的EMI挑戰(zhàn)。據閻金光介紹,新器件采用微型MinSOP-16(SMT)封裝,相對于空間利用率很高的InSOP24封裝進一步縮小了50%。由于母線兩端電容容量的降低(在高壓輸入情況下),因而可大幅減小浪涌電流,省去輸入端為抑制浪涌電流常用的NTC熱敏電阻元件,再也不擔心由于NTC熱敏電阻所產生的局部發(fā)熱現(xiàn)象,提高了系統(tǒng)效率,并有助于減小在啟機期間整流橋和保險絲所承受的電流應力。
MinE-CAP還可與InnoSwitch3/Pro器件完美協(xié)同工作,并將舊有的65WUSB-PD電源產品縮減至信用卡大小的尺寸,且實現(xiàn)超薄設計。具體尺寸可以做到82x51x12mm。
不得不承認其產品的強大技術實力可見一斑。以上這些創(chuàng)新型的性能方法,使得工程師在設計的時候可根據需要選擇優(yōu)化高低壓電容的組合,選取合適的高壓電容以實現(xiàn)降低浪涌,選取相應的低壓電容以滿足電源的峰值功率輸出要求。
可服務于全球不同地區(qū)市場應用
眾所周知,世界每個國家地區(qū)的電壓標準是不一致的,國際上主流的電壓范圍有220V與110V,也有的國家是100V、200V、230V等諸多不同電壓標準。原則上來說,越低的電壓自然是安全性越高。但在發(fā)生觸電的情況下,真正決定安全性的不僅僅是經過的電流大小,更是與觸電環(huán)境有關。
以印度地區(qū)為例,該地區(qū)的電網系統(tǒng)往往極不穩(wěn)定,波動范圍也較大,且伴隨著多雷暴、高溫高濕的天氣狀況,導致電流過大或斷電的現(xiàn)象經常發(fā)生。這種用電環(huán)境使得電源設計工程師在選擇輸入濾波電容時不得不使用很多昂貴且不必要的高壓電容器件,對這些電容采用各種串并聯(lián)的組合連接,以滿足容量和耐壓方面的要求。如600V耐壓電容或采用串聯(lián)疊加的400V耐壓電容以適應輸入電壓的驟升情況。
針對這種新興市場的應用需求,MinE-CAP可以實現(xiàn)在尺寸不變的情況下輸出更高的峰值功率(因在電壓時可以保證足夠大的電容容量),而在高壓輸入時將低壓電容與直流母線斷開,使低電壓電容免受電網電壓劇烈波動的影響,這種方法可極大地降低輸入高壓電容的數目,使得電源設計滿足超寬輸入電壓范圍的用電環(huán)境。
總之,MinE-CAP的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在針對寬范圍輸入的電源設計降低了輸入濾波電容的尺寸,實現(xiàn)高功率密度電源的設計;降低了輸入浪涌,進而可以降低輸入整流橋和保險絲的電流應力；消除電源的局部發(fā)熱點,提升了效率。適合超寬輸入電壓范圍的電源設計應用。
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