低碳时代,MPS引领AC/DC产品小型化高效率的新趋势

2021-09-08 10:33:12 来源:EETOP
2021年8月26日,MPS在北京举办的ACDC中国区首场发布会上为与会者带来了新产品在ACDC赛道上新产品的展示与布局,EETOP记者应邀出席。
 
MPS AC/DC 产品总监 Peter‐黄万年先生在此次发布会上从AC/DC独特性、安规以及标准,单级AC/DC基本结构,两级AC/DC结构等多方面为大家分享了MPS AC/DC产品的市场优势及其最新的技术进展,同时结合低碳新时代的到来,MPS也带来了新型AC/DC的电源解决方案,在小型化、高效率方面不断精进技术和性能,为客户提供了全新的设计性思路。
 
Peter Huang
MPS ACDC 产品总监
 
2020 年加入 MPS,致力于领导 MPS AC/DC 产品全球业务,负责制定和执行 MPS
AC/DC 产品市场战略。

在加入 MPS 之前, Peter 分别在纳微半导体(Navitas),技领半导体(Active Semi),英飞凌(Infineon), XP Power, 康舒科技和等企业中分别担任技术市场总监,产品线总监, 系统应用工程师,和电源设计师等职务。其经验包括从小功率 5W 到大功率2000W 的 AC/DC 和 DC/DC 功率转换,应用范围遍及消费性电子、电脑便携、 LED照明、伺服器和工业市场。 他拥有广州华南理工大学授予的电气工程学士学位,并在加拿大的西安大略大学 (University of Western Ontario) 取得了电力电子硕士学位。
 
针对绿色能耗,AC/DC中的安规也是最重要的方面。“它是一个标准,你做什么产品必须要满足安规,做一个电源设计必须要过安规,但是要过安规之前设计的时候,你要考虑到一些安规要求,ACDC比较特别,很多时候都是在ACDC那边设一个效率要求,然后大家就会往这个要求去meet,最低要求会定下来,包括平均效率、轻负载效率要求、待机功耗,这些也就是绿色能耗,绿色能耗也不是这两年讲,它讲了很久,就是从这几个机构开始,定了一些效率,有一些一开始定的很高,现在也是往这个目标去做,但很多时候你往这个方向去弄,各个公司都往最好的方向去做,这样子的话,根据最高的可以做成的,然后几年它就会把标准提升,这是对绿色能耗,这几个很大的机构规定一些标准。”  MPS ACDC 产品总监在AC/DC的安规方面也做出了重要的阐述说明。

 
 
开关电源的趋势
 
无论是ACDC或是DCDC,小型化即是开关电源未来的整体趋势,功率密度提升将有利于整体成本的下降,对于适配器来讲,也是增加自己竞争力的核心方案。
 
提升效率将有利于小型化的趋势所向,散热的热设计至关重要,另外通过高级拓扑减少开关损耗以及提升更高的开关频率,通过堆叠把空间充分利用,平均散热,最终做到空间最小化。




提高效率成为必经之路

提高效率是小型化的必要途径, 它不但可以减少损耗,同时还能减少散热, 给高频小型化提供了必要的条件。 只有效率提升了, 单位体积散热减少, 同时通过高频化设计, 功率密度才会大大的提升。想要提高效率, 可以通过新的开关拓扑, 譬如新型的反激拓扑 ACF(Active-Clamp Flyback) 就可以消除开通损耗, 同时做到隔离变压器的漏感回收, 加上第三代半导体功率器件的快速关断,开关损耗可以降到忽略不计。 提升了效率,同时让电源的设计频率不会受到功率器件的限制,大大地加速了小型化。
 
MPS 在 ACDC 领域深耕多年,拥有业界领先的产品,涵盖了市面上 1~1000W 的产品范围,客户遍布全球。随着“更绿色/环保”的新规范的出台以及第三代半导体时代的到来, MPS 的 AC/DC 电源产品不断精进技术和性能, 迎合市场的发展趋势:

· 利用多种新型拓扑提高效率: 比如使用 PFC + LLC 以及 ACF+ZVS 的混合拓方式以实现零打开损耗, 同时回收漏感,可以达到 93%以上的高效率。

· 采用全集成设计,以简化设计,减少成本: 传统的非隔离式 AC/DC 解决方案通常需要使用多颗 IC,同时还需配备原边及副边控制器以及光隔离器等,占板面积大, BOM 成本高; MPS 最新一代解决方案尺寸紧凑,集成度高, 1 颗 IC 即可囊括原边和同步控制器,设计简洁,占板面积小,成本效益高。

· 高频化的芯片以适应新一代功率器件: 传统硅器件的开关频率低,效率也很难提高,随着GaN 等新型半导体材料的出现,其开关频率及效率都得到大大提高,高频设计更加符合新型功率器件的要求。

· 数字化产品可以实现更好的性能: 传统的模拟控制器很难跟上日新月异的变化,新一代数字电源芯片的优势日趋明显, MPS 的产品采用数字化内核,具有非常丰富的可配置项目,相比传统控制器,具有更多的灵活性
 
MPS ACDC的产品发展方向:新型拓扑,高集成度,高频率数字化。


全集成反激控制器系列产品 MPX2002/3, 创新性地将初次级控制器合封在一颗芯片内,大大简化了外围电路设计,为实现快充电源的小型化提供了全新的思路。

图 3: MPX2002 典型应用电路(原边 + 副边 + 反馈)

MPX2002 在重载下可在 CCM 下运行,然后在负载降低时切换至准谐振(QR)操作。如果负载进一步降低, MPX2002 将在跳频(PFM)模式下工作。当其进入突发模式时,开关频率固定为 20kHz,从而降低音频噪声。通过此特性, MPX2002 可在所有负载条件下实现高效率,同时具有出色的电磁干扰(EMI)性能。 传统方案需要反激控制器、光耦、电压基准和同步整流控制器四颗 IC,而使用MPX2002 单 IC 方案,集成了初级控制器和同步整流控制器。简化了设计, 提高了效率, 减小了占板
面积,降低待机功耗,增强可靠性,无需光耦反馈,防止光耦在高可靠性环境出现老化。特别在 CCM运行模式下能够实现更高精度的同步整流控制。 MPX2003 把频率进一步提升到 130kHz 以上来满足小型化需求。

图 4: MPX2002 VS. 传统方案
MPS AC/DC 的另一款成名之作 HR1211, 也充分地体现了 MPS 的产品优势, 这是一款集成多模式PFC 和电流型 LLC 的二合一控制器。芯片集成了高压电流源、安规认证的 X 电容放电电路、 PFC 和LLC 的高压驱动电路,从而实现了非常简洁的外围电路。
 
图 5: HR1211 的典型应用电路

HR1211 的数字控制内核结合可重复编辑的存储单元,赋予了整个方案强大的灵活性。 PFC 和 LLC 两级电路之间的配合;不同控制模式之间的切换;关键工作点的开关频率;保护功能的阈值、时间以及恢复方式;所有这些主要的功能都可以通过 UART 的通讯口进行自由配置,并能够在图化操作界面上完成,这使得基于 HR1211 的电源设计能够灵活的适应不同应用在不同设计中的性能要求。
 

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