概述

低碳時代正在引領(lǐng)芯片向更小、更高效的方向發(fā)展。開關(guān)電源在80年代替代線性電源之后，電源效率得到了極大的提升，尺寸也大大減少。隨著開關(guān)電源在各個應(yīng)用上的不斷發(fā)展和消費(fèi)者對便攜性的要求，開關(guān)電源繼續(xù)朝著小型化， 輕量化的趨勢發(fā)展。

近年來，碳達(dá)峰、碳中和“3060”目標(biāo)開啟了低碳新時代，隨著節(jié)能減排的要求越來越嚴(yán)，人們對環(huán)保節(jié)能低耗綠色提出了更高要求， 對開關(guān)電源的能效標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)。比如，歐盟執(zhí)委會最新的 CoC V5 六級能效標(biāo)準(zhǔn)第二階段，美國能源部 DoE6 六級能效都對空載功耗、效率提出了更高的要求，來達(dá)到節(jié)能減排的目的。

本系列文章將分上、下兩篇來討論引領(lǐng)潮流的 AC/DC 解決方案。上篇將介紹無碳時代以及設(shè)計人員在使用傳統(tǒng)電源解決方案時面臨的問題；下篇將討論高效率AC/DC 解決方案如何實現(xiàn)空間受限應(yīng)用的效率提升。

開關(guān)電源的挑戰(zhàn)不斷升級

提高開關(guān)頻率可以大大減少無源器件的尺寸，包括電感、電容及變壓器。對于 AC/DC 離線開關(guān)電源，其輸入端是50Hz/60Hz 230V的交流輸入，高電壓的高頻切換產(chǎn)生的開關(guān)損耗限制了其開關(guān)速度，傳統(tǒng)700V硅功率器件從開始的30kHz發(fā)展到現(xiàn)在200kHz，已經(jīng)碰到 Si 的物理瓶頸。

在 AC/DC 電源中，除了高壓功率器件的開關(guān)頻率限制，隔離變壓器的高頻化設(shè)計也要兼顧安全和效率，隨著頻率的增加，單位體積散熱的增加也大大制約了頻率的提升。

提高效率成為必經(jīng)之路

高效率是小型化的必要途徑， 它不但可以減少損耗，同時還能減少散熱， 給高頻小型化提供了必要的條件。只有效率提升了，單位體積散熱減少，同時通過高頻化設(shè)計，功率密度才會大大的提升。

有源鉗位反激等新型開關(guān)拓?fù)湟部梢蕴岣咝省＿@些拓?fù)湎烁綦x變壓器以及第三代半導(dǎo)體功率器件的啟動損耗并實現(xiàn)了漏感恢復(fù)。快速關(guān)斷開關(guān)損耗也可以降低至幾近忽略的水平。而提高效率并提高電源頻率又可以實現(xiàn)更小的封裝。

MPX2001是一款集成了原邊調(diào)節(jié) (PSR) 和副邊調(diào)節(jié) (SSR) 的一體化反激式控制器。該器件集成了原邊驅(qū)動電路、副邊控制器和同步整流 (SR) 驅(qū)動器，而且無需反饋電路，因此實現(xiàn)了BOM極簡的小尺寸綜合解決方案。MPX2001采用 SOICW20-19 封裝和 SOICW20 封裝以實現(xiàn)設(shè)計的靈活性。其先進(jìn)的保護(hù)功能包括原邊過流保護(hù) (POCP)、欠壓鎖定保護(hù) (UVLO)、副邊輸出過載保護(hù) (OLP) 和短路保護(hù) (SCP)。 圖 1 顯示了MPX2001 的典型應(yīng)用。

提高效率還有其他方法，例如采用 GaN 或 GaN+ 拓?fù)洌▍⒁妶D 2）。

作為AC/DC 領(lǐng)域的前沿制造商，MPS 提供的產(chǎn)品始終引領(lǐng)潮流，覆蓋范圍從 1W 到 1000W 不等（參見圖 3）。

結(jié)論

隨著世界趨向于碳中和，更小尺寸、更有效的高效率電源需求日益增長。MPS憑借著小尺寸、高效率的 AC/DC 電源（例如MPX2001）產(chǎn)品，幫助設(shè)計人員輕松面對越來越嚴(yán)苛的要求。本文介紹了電源設(shè)計人員所面臨的難題，以及緩解這些問題的一些高階方法。本系列文章的下篇將帶您深入了解MPS的最新產(chǎn)品，展示我們?nèi)绾沃泵孢@些挑戰(zhàn)。