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氮化镓高效解决方案覆盖中功率应用

2022-5-5 15:31| 发布者: 闪电| 查看: 26| 评论: 0

摘要: 2022美国国际电力电子应用展览会(APEC)期间,Power Integrations(PI)举办新品媒体沟通会,资深技术培训经理阎金光介绍了使用组合芯片实现的中功率应用高效电源解决方案。他表示,新推出的两款产品采用的是两级架 ...



用极少元件实现有源PFC


两级架构中的前级有源PFC以可变频DCM(非连续导通模式)方式工作;功率因数校正变换可以设计工作于不同的工作方式,可以是连续模式,也可以是临界模式或非连续模式。对于功率较小的应用,如250W内,通常采用CRM(临界模式)或DCM,因为电感量比较小,输出二极管没有反向恢复问题。CCM(连续导通模式)虽然可以实现更高的效率,但必须考虑升压二极管的反向恢复问题,不只是二极管成本会增加,反向恢复期间发生的高频振荡对EMI也会有所影响,同时连续模式的升压电感由于感量比较大,成本和体积都会增加。


这次发布的HiperPFS-5则工作于非连续工作模式,而在输入电压最低时工作与临界模式。这种设计除了考虑到整体方案的成本以外,还考虑了电源本身所占用的空间,利于实现高功率密度小体积的设计。芯片独有的功率管导通时间和关断时间分别进行控制的方式,可以保证在90VAC低压输入时电压波峰处的工作频率最高,这样可以大大缩小所需升压电感的感量,进而缩小电感体积。而传统的临界工作控制方式往往在交流输入电压波峰处的开关频率是最低的,这样就不得不使用感量更高的升压电感。


如果要用输入电流跟踪输入电压,则必须知道输入电压波形,HiperPFS-5中采用数字的电压采样方式,即IC内部有ADC(模数转换),这样可以滤掉波形中存在的轻微失真。比如前端输入电压如果来自于发电机或者UPS电源,其输入往往不会是理想的正弦波形。


X电容放电是防触电的安规要求,在DCM模式中,因为峰值电流很大,可能会有差模EMI分量比较高问题,抑制差模EMI的有效方式是采用X电容,而过大的电容则需要相应的放电电阻,以保证交流掉电后X电容能被短时放电。如果阻值较小的放电电阻始终跨接在交流输入端之间,则电源工作时的待机或空载功耗表现就会变差。PI将以前的CapZero IC的X电容放电控制功能也集成进了HiperPFS-5。在交流掉电后内部的开关才会导通,将放电电阻接于X电容两端进行放电。电源正常工作期间,放电电阻本身没有功耗。



新品的另一个特点是用自供电,可节省外部供电电路。可使用后面的DC-DC或另一个绕组给IC进行供电。在PFC电路中,市场上大多数方案使用充电泵,有三、四个元件。PI的方案可以实现漏极自供电,在内部就可以为控制器供电,省掉了一些元件,方案更加简洁。


HiperPFS-5内部集成了一个750V耐压PowiGaN氮化镓开关,可耐受雷电冲击,防止经PFC直接冲击后面的DC-DC变换。在230V满载时,效率可达98.3%,有助于降低温升,实现整体系统效率。


另一个技术是功率因数增强(PFE),在高压输入和20%负载时仍可保证功率因数大于0.96。这种功能是在高压输入轻载情况下,芯片会自行调整输入电流的波形,以补偿由于过高的输入X电容造成的波形畸变及功率因数变差。而经优化的准谐振(QR)模式则能够改善开通损耗,尤其在输入电压比较高的情况下。



总之,HiperPFS-5独特的控制引擎可以实现98%以上的效率,可变频能够保证轻载效率,准谐振方式可以保证降低高压输入时的开通损耗;非连续模式可以用更小感量的升压电感,体积也会相应缩小;频率滑动技术能够保证重轻载效率都比较高,频率变化还可以降低EMI;采用氮化镓开关输出功率可达到240W,涵盖大部分中功率应用;超薄InSOP™-28F封装,下面露出裸横盘,有助于散热,芯片高度只有1.9mm。



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