21ic(21ic项目外包平台)

随着绿色电子产品的发展,功率因数校正(PFC)现已成为电源设计人员面临的重要任务。由于电源中使用的电容和电感,会在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。因此,许多国家和地区要求输入功率大于75W的电源,都要使用PFC电路来减少这种影响。但是,额外增加的前级PFC开关电路又会降低整个系统的效率。

为了应对这种两级电源效率的挑战,近日全球领先的高压集成电路供应商Power Integrations(以下简称“PI”)开发出了适用于270W应用的HiperPFS™-5 IC,以及节能型HiperLCS™-2芯片组。据悉,这两款IC产品不仅具有极低的空载功耗,还可在封闭式适配器无需散热片的情况下使200W以上的应用维持较高效率。

接下来,让我们一起来看看这两款IC产品到底有多香!

新品一:高效准谐振HiperPFS™-5 IC

相较于传统的硅器件,氮化镓器件的开关速度更快、通态电阻更低、驱动损耗更小,尤其是在小型化电源等需要更高频率的应用场合中,氮化镓器件具有无可比拟的高转换效率和低发热特性。鉴于这些优点,PI借助自家独特的芯片制造工艺,完美地将氮化镓功率器件合封于HiperPFS™-5 IC中。

据PI技术培训经理Jason Yan介绍,HiperPFS™-5 IC内部集成了750V PowiGaN™氮化镓开关,具有可变频率、准谐振(QR)、非连续工作方式(DCM)等特点。这在提升产品效率、保障稳定性的同时,还可大大降低PFC前级变换所占用的空间,利于实现高功率密度的电源设计。

或许有人对PowiGaN™还不太了解,其实这是PI公司自行研发的氮化镓技术。在PI高度集成的离线反激式开关IC中,PowiGaN™开关替代了初级侧的传统硅晶体管,从而可以大幅降低开关损耗。与硅器件相比,PowiGaN™产品可以实现体积更小、重量更轻、效率更高的充电器、适配器和敞开式电源设计。

“基于PowiGaN™的HiperPFS™-5 IC,在整个负载范围内的效率高达98.3%;在无需散热片的情况下,可提供高达240W的输出功率,并可实现优于0.98的功率因数。”Jason Yan补充道。

所谓功率因数,其实就是交流电中的有功功率与视在功率之间的比值。它正好是功率直角三角形中的临边(有功功率)与斜边(视在功率)的比值,这个值就是其余弦值,即COSφ=P/S。

如下图所示,这个余弦角就是有功功率和视在功率之间的夹角。根据余弦的特点,其角度越小,其值就越大。当这个夹角为零时,其值就是“1”最大。所以,我们要尽量减小这个夹角,以此获得功率因数的提高。

而功率因数的提高,不仅可以提高有功功率在总功率的所占比重,还能提高电源的利用率,尽量减少在输入线上所产生的无用损耗。因此,作为正弦交流电的负载,它的功率因数越大越好,越接近1越好。

而此次PI推出的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)功能可以减小输入EMI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。

另外,HiperPFS™-5 IC还可在高达305VAC的输入电压下保持高功率因数,由于其750V耐压的氮化镓开关,可在输入电压骤升至460VAC期间连续工作。

基于以上特点,HiperPFS™-5 IC非常适合高功率USB PD适配器、电视机、游戏机、PC一体机和家电应用。

新品二:节能型HiperLCS™-2芯片组

作为PI推出的另一款重磅产品,HiperLCS™-2芯片组同样具有领先的技术优势。

从产品结构设计来看,HiperLCS™-2芯片组主要由两大部分组成,即一个隔离器件和一个独立半桥功率器件。

根据官方资料显示,其中的隔离器件内部集成了高带宽的LLC控制器、同步整流驱动器,以及FluxLink™隔离控制链路;而独立半桥功率器件则采用的是PI独特的600V耐压的FREDFET开关,具有无损耗的电流检测,同时集成有上管和下管的驱动器。

“将先进的FREDFET和磁感耦合的FluxLink技术应用于LLC拓扑结构,这样的设计不仅可以极大简化LLC谐振功率变换器的设计和生产,还能使LLC变换级效率达到98%,并且使整个负载范围维持恒定。”Jason Yan解释说。

据了解,这两款器件采用的均是超薄的InSOP™-24封装。相较于分立方案设计,这种高度集成度的HiperLCS™-2芯片组在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和可靠性不高的光耦,从而可以减少高达40%的元件数量。

另外值得一提的是,基于HiperLCS™-2芯片组的电源设计,可在400VDC输入下实现低于50mW的空载输入功率,并且提供持续的高精度输出,轻松符合全球最严格的空载和待机效率标准。

除此之外,HiperLCS™-2器件还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。

总之,PI推出的两款全新IC产品系列,足以堪称行业标杆。如果将其搭配使用的话,电源设计人员可以轻松超越严格的效率标准,同时将物料清单缩减一半,设计出精致小巧的超快速充电器。