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使用氮化镓IC对离线式w88的大电容进行优化

2021-09-06 16:02 来源:Power Integrations产品推广总监 Chris Lee 编辑:w88客户端

USB PD 3.0和Type-C连接器的普及使用,有望使过去各行其是的电子细分市场的w88适配器实现标准化。旅行者需要为笔记本电脑和手机携带单独的适配器的日子已经一去不复返了。非原厂适配器制造商正集中精力应对这一新的市场机会,力争占据一席之地。对于更高功率密度的高效、高性价比解决方案的需求从未如此强烈。

额定功率低于75W的适配器的组成元件包括:输入滤波器、二极管整流器、输入和输出电容、IC控制器、辅助w88、磁性元件、功率器件和散热片。集成解决方案在缩小和简化变换器方面已经取得了长足的进步,剩下的最大元件就是磁性元件、输入大电容、输出电容和EMI输入级。为了减小磁性元件的尺寸,在高频AC/DC变换器的设计上投入了大量的研究和工程工作。然而,输入大电容所占体积与适配器内的磁性元件相比却差不多甚至更大。

Power Integrations推出了一款名为MinE-CAP的新IC,旨在解决通用输入设计的输入大电容的优化问题。MinE-CAP可确保在通用输入设计中安全地使用额定电压160V的电容,从而将大电容的体积最多减小50%。

MinE-CAP是与低压电容(图1中的CLV)串联放置的低阻抗开关电路。它可以监测CLV两端的电压,并在输入电压在阈值附近上升/下降时连接和断开电容。MinE-CAP电路可与高频功率变换级搭配使用,以最大限度地节省空间。

系统设计要点

通用w88适配器的经验法则是,当设计考虑的输入电压低至90VAC时,选择的直流母线电容值(以μF为单位)应为输出功率要求(以W为单位)的1.5至2倍。对于仅高输入电压的应用,总电容可以大大降低。基于这一设计原理,MinE-CAP可以帮助设计人员大幅缩小输入大电容的尺寸。

下图所示为一个典型MinE-CAP应用的电路原理图。

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图1:典型的MinE-CAP应用

CHV是高压电容(额定电压400V),通常占总电容的20%左右。CLV是低压电容(160 V),约占总电容的80%。电容容量的这种分配可使电容的体积最多减少50%,从而使适配器尺寸总体减少40%。

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图2:65W适配器的第一级优化

在图2中,上图是一个典型的65W适配器,它需要一个400V、100µF的电容。下图显示了在完全相同的65W适配器设计中使用MinE-CAP所实现的空间节省。总输入电容分为两个160V、47µF电容和一个400V、22µF电容。因此,总电容实际增加了16%,同时,大电容体积减少了40%。

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图3:低输入电压启动时采用的充电算法

典型应用

设计人员可以采用现有设计并修改输入大电容级,以减小输入级所占用的空间。这样,他们可以缩小适配器的外壳尺寸,或者相反,他们可以在相同的外壳中增大输入电容容量,以增大功率。

MinE-CAP的另一个设计用途是要求峰值功率输出的应用。越来越多的板上协议芯片与被充电设备进行双向通信。这些芯片通常会监测和报告适配器的温度、故障情况和功率输出能力。设计人员正在利用这种双向通信,提供1.5至2倍的标称功率。这些峰值功率算法大大缩短了充电时间。然而,输入大电容限制了峰值功率输出能力。使用MinE-CAP,在相同的空间内可以大幅增加输入大电容。这样,即使在低输入电压下,也能延长峰值功率输出的持续时间。

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标签: 氮化镓 IC MinE-CAP

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