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利用750V氮化镓开关来保证270W中功率应用的PFC电路保持高达98%的转换效率

时间:2022-03-24 13:47:45 作者:顾正书 阅读:
Power Integrations发布一个包含两颗芯片的组合应用方案,有效解决了270W中功率应用的系统效率下降问题。该组合方案的PFC前级功能由集成PowiGaN氮化镓技术和准谐振(QR)控制方案的HiperPFS-5芯片来实现,它采用可变频率、准谐振和非连续工作方式(DCM),最高效率 > 98%。
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在电源设计中,所使用的电容和电感会在交流输入的电流和电压之间产生相位变化,从而导致输电线产生功率损耗,并可能干扰连接到交流电源的其他设备。对于输入功率大于75W的电源应用,许多国家和地区的安规标准都要求采用功率因数校正(PFC) 前级电路,以减少功率损耗和电磁干扰的影响。但是,额外增加的前级PFC开关电路会降低整个系统的效率。必须提高PFC前级的效率以降低对系统效率的影响,同时可能还需要增加后级功率变换器的效率,从而尽量避免使用散热器。

最近,Power Integrations发布了一个包含两颗芯片的组合应用方案,有效解决了270W中功率应用的系统效率下降问题。该组合方案的PFC前级功能由集成PowiGaN氮化镓技术和准谐振(QR)控制方案的HiperPFS-5芯片来实现,它采用可变频率、准谐振和非连续工作方式(DCM),最高效率 > 98%。

HiperPFS-5的准谐振(QR)非连续导通模式(DCM)控制技术可在不同输出负载、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让电源设计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。此外,集成的750V PowiGaN功率开关在230VAC满载时可达到98.3%的效率。另外,其独特的控制引擎可以保证在90-308VAC输入范围内变换器都具有优异的PFC性能;而氮化镓开关的高耐压特性,即便在460VAC输入浪涌时仍可保证20%降额电压裕量。

PowiGaN开关让该芯片的开关损耗和导通损耗都很低,再加上无损耗电流检测,使得它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,功率因数增强(PFE)功能可减小输入滤波电容或去耦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。

Power Integrations组合应用方案中的另一颗芯片是HiperLCS-2芯片组,可提高LLC变换器效率,并减少设计应用中40%的元件数量。该芯片组由一个隔离器件和一个独立半桥功率器件组成。其中,隔离器件内部集成了高带宽的LLC控制器、同步整流驱动器和FluxLink隔离控制链路;而独立半桥功率器件则采用600V FREDFET,具有无损耗的电流检测,同时集成有上管和下管的驱动器。

这种结合谐振开关和同步整流控制的芯片组可极大简化电源设计,在400VDC输入下实现低于50mW的空载输入功率,并提供持续的高精度输出,从而达到全球最严格的空载和待机效率标准(80+ 钛金标准)。HiperLCS-2器件可在整个负载范围内维持恒定的高效率性能,其极低的自身功耗只需要使用FR4的PCB板直接进行散热即可。在220W连续输出功率、170%峰值功率能力的适配器设计当中无需使用散热片。

所有HiperLCS-2系列器件都具有自供电启动功能,同时还能够为采用HiperPFS-5实现的PFC功率级提供偏置供电。次级侧检测的方式可保证在不同输入电压下、整个负载范围内,以及大批量生产时具有小于1%的调整精度。相较于传统的光耦,采用Power Integrations的FluxLink技术进行安全隔离时,其高速数字反馈控制可提供更快的动态响应特性,以及极佳的长期可靠性。

HiperPFS-5 PFC芯片与HiperLCS-2芯片组的应用方案非常适合中高功率电源应用,比如电视机、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、常用电源适配器、PC主电源、游戏机,以及240W功耗的家电等。

责编:Steve
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顾正书
ASPENCORE资深产业分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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