广告

利用氮化镓芯片组实现高效率、超紧凑的反激式电源

2021-10-26 16:42:06 Chris Lee,Power Integrations产品营销总监 阅读:
Power Integrations的InnoSwitch4-CZ/ClampZero芯片组使设计者能够为手机、平板电脑和笔记本电脑设计高达110W的超高密度充电器,这些设计在以前是无法实现的。

目前市面上出现了一个新的芯片组,它由具有耐用的750V氮化镓(GaN)初级侧开关的反激式IC方案与创新的高频有源钳位方案组合而成,能够为手机、平板电脑和笔记本电脑设计出额定功率高达110W的新型超紧凑充电器。此芯片组来自Power Integrations,包含内部集成PowiGaN™开关的InnoSwitch™4-CZ零电压开关(ZVS)反激式控制器和提供有源钳位解决方案的ClampZero™产品系列。这些新IC可用于设计效率高达95%且在不同输入电压条件下保持恒定的反激式电源。AsPednc

这种InnoSwitch4-CZ/ClampZero组合为反激式电源设计带来了耳目一新的新性能。由于变压器中存在初级漏感,初级侧需要有源钳位电路。当初级侧开关关断时,漏感换向会导致电压过冲,从而损坏MOSFET。一种常见的解决方案是使用无源电阻-电容-二极管(RCD)钳位来保护MOSFET(见图1)。钳位将漏感能量转移到钳位电容中,并在电阻中以热量的形式耗散。RCD钳位会降低反激效率,但可为MOSFET提供保护。AsPednc

AsPednc

1. 无源初级钳位RCD解决方案需要耗散大量的热量并且会限制反激式电源的效率AsPednc

在每个开关周期中,钳位中的能量都会损失。这迫使设计者限制最大开关频率,而这又需要使用更大的变压器。因此,无源钳位解决方案会降低反激效率或导致电源体积更大和/或温度更高。更有效的方法是用有源钳位代替无源RCD网络。AsPednc

有源钳位AsPednc

有源钳位不消耗能量,而是再循环漏感能量,从而提高效率并减少热量产生。在有源钳位设计中,RCD缓冲器中的电阻由开关代替。如果使用ClampZero,开关则是PowiGaN器件(见图2)。初级开关关断后,次级控制指示ClampZero开关开通,并在初级开关开通前将钳位电容储能传输至次级。再循环钳位电路使得漏感电流得以换向,还可确保初级开关上的电压在其开通前为零(ZVS)。AsPednc

AsPednc

2. InnoSwitch4-CZ/ClampZero反激方案AsPednc

在传统的有源钳位设计中,初级MOSFET和有源钳位开关以互补方式进行工作(因此这些钳位电路被称为“互补模式有源钳位”电路)。在这种工作模式下,变换器只能工作于非连续导通模式或临界导通模式,不能工作于连续导通模式。当需要宽输出电压范围的设计(如USB PD和PPS充电器)时,这对设计者来说是一个挑战,导致设计出电源在高输入电压下的导通必须非常不连续。然而,InnoSwitch4-CZ/ClampZero芯片组克服了这个限制。AsPednc

InnoSwith4-CZClampZeroAsPednc

InnoSwitch4-CZ和ClampZero IC芯片组采用复杂、非对称的非互补有源钳位控制方法,实现智能的零电压开关,同时支持非连续和连续导通工作模式,可提高设计灵活性,并在所有工作条件下实现效率最大化。新型反激式开关IC具有优异恒压/恒流精度,不受外围元件参数公差的影响,并且在提供输入电压检测等安全及保护功能的情况下,其空载功耗小于20mW。AsPednc

InnoSwitch4-CZ产品系列采用薄型InSOP™-24D封装,同时集成了750V开关、初级和次级控制器、ClampZero接口、同步整流以及符合安全标准的反馈电路。高达140kHz的稳态满载开关频率降低了变压器尺寸,进一步提高功率密度。 AsPednc

InnoSwitch4-CZ/ClampZero芯片组适合于高效、紧凑的USB PD适配器、高密度反激式AC/DC电源和高达110W的高效恒压/恒流电源。InnoSwitch4-CZ IC支持可变输出电压和电流特性,并具有完善的保护功能,包括用于输出过压和欠压保护的自动重启动或锁存故障响应方式、输入欠压保护以及锁存或迟滞过温保护。AsPednc

设计范例AsPednc

设计者可以将InnoSwitch4-CZ和ClampZero IC与Power Integrations之前推出的MinE-CAP™ IC产品搭配使用,以设计出超紧凑型反激电源。MinE-CAP是对InnoSwitch4-CZ和ClampZero IC的自然补充;它可大幅缩小输入大容量电容的尺寸,而不会影响输出纹波、工作效率且无需重新设计变压器。 AsPednc

与传统技术(如极高开关频率工作)相比,MinE-CAP可实现同等或更大的整体电源尺寸缩小,同时可避免与极高频设计相关的复杂EMI滤波和变压器/钳位耗散增加的挑战。MinE-CAP还能精确地管理交流上电时的浪涌电流,从而无需使用功耗较大的NTC或大型慢熔保险丝。 AsPednc

Power Integrations推出的DER-928设计范例是一款适用于手机和笔记本电脑的超紧凑型60W USB PD 3.0充电器。设计特色如下:AsPednc

使用了具有高压PowiGaN开关的InnoSwitch4-CZ有源钳位反激式开关IC (INN4073C)AsPednc

使用了ClampZero有源钳位IC (CZ1062M)AsPednc

使用了MinE-CAP大电容小型化IC (MIN1072M)AsPednc

输入:90VAC - 265VACAsPednc

USB-C PD输出:5V/3A;9V/3A;15V/3A;20V/3AAsPednc

AsPednc

3. DER-928设计范例:使用InnoSwitch4-CZClampZeroMinE-CAP芯片组的60W超小型USB PD充电器,体积仅有24.4立方厘米(44平方毫米 x 12.6毫米)AsPednc

在上述设计中,用130µF输入电容替换100µF大电容可将峰值功率提高到90W。其他性能特性包括:AsPednc

  • 轻松符合DOE6和CoC v5 2016能效标准
  • 提供输出过压和过流保护
  • 内部集成热关断保护特性
  • 空载输入功率<60mW,微控制器功耗为20mW
  • 具有高功率密度的紧凑设计:30.3W/in3,不含外壳(即,60W/1.77in X 1.77in X 0.63in)

InnoSwitch4-CZ/ClampZero解决方案所包含的芯片组可提供65W至110W的输出功率(见表1)。它们可用于适配器或敞开式设计,支持85-264VAC输入电压,也可通过添加功率因数校正(PFC)前端电路支持385VDC工作。AsPednc

1. InnoSwitch4-CZClampZero产品系列AsPednc

总结AsPednc

Power Integrations的InnoSwitch4-CZ/ClampZero芯片组使设计者能够为手机、平板电脑和笔记本电脑设计高达110W的超高密度充电器,这些设计在以前是无法实现的。InnoSwitch4-CZ IC可提供可变输出电压及恒流特性,非常适合于高效紧凑型USB-PD适配器和高效恒压/恒流电源。它们在提供输入电压检测等安全及保护功能的情况下,空载功耗小于30mW,并且可提供高达95%的效率,即使在不同输入电压、系统负载和输出电压下也能保持非常恒定的高效率。AsPednc

  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 波兰网友拆德国产电源插排,内部竟是中国制造?! 本文将会介绍LogiLink LPS262U电源插排(接线板)——包含三个USB端口和两个Schuko插座——的内部结构及其简短测试。
  • 理想ONE高速起火烧成光架,其1.2T三缸增程器曾被指隐藏 近期,网络平台上发布了一段理想ONE在行驶过程中,车辆出现起火的视频内容。现场拍摄的灭火后图片显示,该轿车过火后仅剩骨架,车辆前部增程器位置受损严重,车辆尾门已经在过火后从车身主体脱落。此前,曾有国内汽车媒体对一台行驶了10万公里的理想ONE的东安1.2T三缸增程发动机进行拆解,被指隐藏暗病。
  • 仿真器智能,工程师更聪明! 不要过度依赖SPICE仿真器的自动设定,因为过度相信自动化有时可能引发错误。请记得:仿真器智能,工程师更聪明!
  • 【领优秀论文集】Cadence 用户大会已开放注册
  • 儿童电子学(二):电容器 电容器是最重要的电气元件之一,我们将在儿童基础电子课程的第二部分了解它的工作原理我们将从储能功能方面对其进行探索,所进行的测试和实验将侧重于这一要素。
  • GaN是否可靠? GaN产业已经建立一套方法来保证GaN产品的可靠性,因此问题并不在于“GaN是否可靠?”,而是“如何验证GaN的可靠性?”
  • Cadence中国区线上用户大会-2022 会议将集聚Cadence的技术用户、开发者与业界专家,涵盖最完整的先进技术交流平台,从IP/SoC设计、验证仿真、系统分析及多物理场仿真、计算流体力学,到封装和板级设计的全流程的技术分享, 以及针对自动驾驶、人工智能、网络和5G/6G、云服务等创新应用的客户案例分享。您也将有机会和开发Cadence工具和IP的技术专家们进行对话。与此同时,还有丰富礼品等您来赢。 新的故事总会在盛夏开始序曲,新的灵感也极有可能于技术交流中迸发。
  • EA Elektro-Automatik代表与中国驻德大使共商中国市 EA Elektro-Automatik受邀参加主题为“变革中的贸易?不确定性时代的中德经济关系展望”的高层外贸战略论坛,为公司在中国市场实现重要增长进行规划并奠定基础。
  • 碳化硅电力电子应用不止于汽车 第三代宽禁带半导体——碳化硅(SiC)——正在发挥其众所周知的潜力,在过去五年内,汽车行业一直是该材料的公开试验场。然而,电气化议程不会以汽车开始和结束。更广泛的运输应用将很快出现,包括卡车和公共汽车、船舶和航运、火车的进一步电气化,甚至飞机。在供电方面,并网太阳能发电系统和通过高压直流链路传输能源,对于低碳能源的生产和分配也至关重要。
  • 拆解一个中国产的“树莓派”开发笔记本,售价279美元值 “树莓派”在全球市越来越受欢迎,甚至有家长开始让孩子用树莓派学习开发产品。有中国厂商嗅到,率先开发出了基于“树莓派”笔记本——CrowPi L ,外观看和普通笔记本差不多, 但却是基于树莓派Raspberry Pi 4B 开发板的套件,专为 STEM 教育而设计,带有可选的电子模块和教程。EDN发现有外媒对其进行了拆解,接下来将这篇拆解文章分享给大家:
  • 波兰网友测试拆解中国产手电筒/手提灯,会不会发起客诉? 本文将对中国制造的COB LED HP1807带移动电源的手提灯/手电筒的内部(包括电池容量)进行简短的测试和分析。在本主题中,我还将展示其电路板上连接的详细草图,这实际上也构成了其原理图。
  • 增强型GaN HEMT的漏极电流特性 增强型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)已经采用两种不同的结构开发出来。这两种增强型结构是金属-绝缘层-半导体(MIS)结构和栅极注入晶体管(GIT)结构。MIS结构具有受电压驱动的小栅极漏电流,而GIT则具有脊形结构和高阈值电压。两者也都有一些缺点。MIS对栅极干扰的可靠性较低,阈值电压较低,而GIT的栅极开关速度较慢,栅极漏电流较大。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了