低碳時代到來，引領小型化和高效率趨勢

 

開關電源在80niandaitidaixianxingdianyuanzhihou，dianyuanxiaolvdedaolejidadetisheng，chicunyedadajianshao。suizhekaiguandianyuanzaigegeyingyongshangdebuduanfazhanhexiaofeizheduibianxiexingdeyaoqiu，kaiguandianyuanjixuchaozhexiaoxinghua，qinglianghuadequshifazhan。jinnianlai，tandafeng、碳中和“3060”目mu標biao開kai啟qi了le低di碳tan新xin時shi代dai，隨sui著zhe節jie能neng減jian排pai的de要yao求qiu越yue來lai越yue嚴yan
，人ren們men對dui環huan保bao節jie能neng低di耗hao綠lv色se提ti出chu了le更geng高gao要yao求qiu
，對dui開kai關guan電dian源yuan的de能neng效xiao標biao準zhun也ye越yue來lai越yue嚴yan。比bi如ru，歐ou盟meng執zhi委wei會hui最zui新xin的deCoCV5六級能效標準第二階段
，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，來達到節能減排的目的。

 

開關電源的挑戰不斷升級

 

提高開關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。對於AC/DC 離線開關電源，其輸入端是50Hz/60Hz 230V的交流輸入，高電壓的高頻切換產生的開關損耗限製了其開關速度，傳統700V矽功率器件從開始的30kHz發展到現在200kHz

，已經碰到Si的物理瓶頸。在AC/DC 電dian源yuan中zhong，除chu了le高gao壓ya功gong率lv器qi件jian的de開kai關guan頻pin率lv限xian製zhi，隔ge離li變bian壓ya器qi的de高gao頻pin化hua設she計ji也ye要yao兼jian顧gu安an全quan和he效xiao率lv，隨sui著zhe頻pin率lv的de增zeng加jia
，單dan位wei體ti積ji散san熱re的de增zeng加jia也ye大da大da製zhi約yue了le頻pin率lv的de提ti升sheng。

 

提高效率成為必經之路

 

tigaoxiaolvshixiaoxinghuadebiyaotujing
，tabudankeyijianshaosunhao，tongshihainengjianshaosanre
，geigaopinxiaoxinghuatigonglebiyaodetiaojian。zhiyouxiaolvtishengle，danweitijisanrejianshao，tongshitongguogaopinhuasheji
，gonglvmiducaihuidadadetisheng。

 

想要提高效率

，可以通過新的開關拓撲，譬如新型的反激拓撲ACF（Active-Clamp Flyback）就(jiu)可(ke)以(yi)消(xiao)除(chu)開(kai)通(tong)損(sun)耗(hao)，同(tong)時(shi)做(zuo)到(dao)隔(ge)離(li)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)漏(lou)感(gan)回(hui)收(shou)，加(jia)上(shang)第(di)三(san)代(dai)半(ban)導(dao)體(ti)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)快(kuai)速(su)關(guan)斷(duan)，開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)可(ke)以(yi)降(jiang)到(dao)忽(hu)略(lve)不(bu)計(ji)。提(ti)升(sheng)了(le)效(xiao)率(lv)
，同(tong)時(shi)讓(rang)電(dian)源(yuan)的(de)設(she)計(ji)頻(pin)率(lv)不(bu)會(hui)受(shou)到(dao)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)限(xian)製(zhi)，大(da)大(da)地(di)加(jia)速(su)了(le)小(xiao)型(xing)化(hua)。

 

圖1：GaN+新型拓撲提高效率

 

MPS 在ACDC領域深耕多年，擁有業界領先的產品，涵蓋了市麵上1~1000W的產品範圍
，客戶遍布全球。隨著“更綠色/環保”的新規範的出台以及第三代半導體時代的到來，MPS的AC/DC電源產品不斷精進技術和性能
，迎合市場的發展趨勢：

 

●     利用多種新型拓撲提高效率：比如使用PFC + LLC以及ACF+ZVS的混合拓方式以實現零打開損耗
，同時回收漏感，可以達到93%以上的高效率。

●     采用全集成設計，以簡化設計，減少成本：傳統的非隔離式AC/DC解決方案通常需要使用多顆IC，同時還需配備原邊及副邊控製器以及光隔離器等，占板麵積大，BOM成本高；MPS最新一代解決方案尺寸緊湊
，集成度高，1顆IC即可囊括原邊和同步控製器，設計簡潔，占板麵積小
，成本效益高。

●     高頻化的芯片以適應新一代功率器件：傳統矽器件的開關頻率低，效率也很難提高，隨著GaN等新型半導體材料的出現，其開關頻率及效率都得到大大提高，高頻設計更加符合新型功率器件的要求。

●     數字化產品可以實現更好的性能：傳統的模擬控製器很難跟上日新月異的變化，新一代數字電源芯片的優勢日趨明顯，MPS的產品采用數字化內核，具有非常豐富的可配置項目
，相比傳統控製器，具有更多的靈活性。

 

MPS可以提供0-1000W全係列的AC-DC電源解決方案，從1W輸出的智能LDO和Buck非隔離方案，到10W輸出的非隔離降壓方案，MPS均有集成功率管的解決方案。對於小功率隔離反激方案，MPS也有集成功率管和控製器的方案提供。最後到大功率的LLC方案
，在75W輸出以上

，比較常用的PFC+LLC架構
，MPS有獨立的PFC控製器和LLC控製器提供。

 

 

圖2：MPSACDC電源解決方案

 

其中，全集成反激控製器係列產品MPX2002/3，創新性地將初次級控製器合封在一顆芯片內，大大簡化了外圍電路設計，為實現快充電源的小型化提供了全新的思路。

 

圖3：MPX2002典型應用電路（原邊+ 副邊+ 反饋）

 

MPX2002在重載下可在CCM 下運行，然後在負載降低時切換至準諧振（QR）操作。如果負載進一步降低，MPX2002 將在跳頻（PFM）模式下工作。當其進入突發模式時，開關頻率固定為20kHz，從而降低音頻噪聲。通過此特性
，MPX2002可在所有負載條件下實現高效率，同時具有出色的電磁幹擾（EMI）性能。傳統方案需要反激控製器
、光耦、電壓基準和同步整流控製器四顆IC，而使用MPX2002單IC方(fang)案(an)
，集(ji)成(cheng)了(le)初(chu)級(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)和(he)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)控(kong)製(zhi)器(qi)。簡(jian)化(hua)了(le)設(she)計(ji)，提(ti)高(gao)了(le)效(xiao)率(lv)
，減(jian)小(xiao)了(le)占(zhan)板(ban)麵(mian)積(ji)，降(jiang)低(di)待(dai)機(ji)功(gong)耗(hao)
，增(zeng)強(qiang)可(ke)靠(kao)性(xing)，無(wu)需(xu)光(guang)耦(ou)反(fan)饋(kui)，防(fang)止(zhi)光(guang)耦(ou)在(zai)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)環(huan)境(jing)出(chu)現(xian)老(lao)化(hua)。特(te)別(bie)在(zai)CCM運行模式下能夠實現更高精度的同步整流控製。MPX2003 把頻率進一步提升到130kHz 以上來滿足小型化需求。

 

圖4：MPX2002 VS.傳統方案

 

MPS AC/DC的另一款成名之作HR1211，也充分地體現了MPS的產品優勢，這是一款集成多模式PFC和電流型LLC的二合一控製器。芯片集成了高壓電流源、安規認證的X電容放電電路
、PFC和LLC的高壓驅動電路
，從而實現了非常簡潔的外圍電路。

 

圖5：HR1211的典型應用電路

 

HR1211的數字控製內核結合可重複編輯的存儲單元，賦予了整個方案強大的靈活性。PFC和LLC兩級電路之間的配合；不同控製模式之間的切換；關鍵工作點的開關頻率

；保護功能的閾值、時間以及恢複方式；所有這些主要的功能都可以通過UART的通訊口進行自由配置
，並能夠在圖化操作界麵上完成，這使得基於HR1211的電源設計能夠靈活的適應不同應用在不同設計中的性能要求。

 

 

圖6：HR1211應用場景

 

MPS在AC/DC領域技術沉澱多年，目前已有多種優秀解決方案深受業界好評，未來會有更多新品不斷麵市。

 

關於MPS

 

芯源係統股份有限公司（Monolithic Power Systems, Inc.，簡稱MPS），是全球領先的半導體公司
，專注於高性能模擬集成電路和混合信號集成電路的設計、研發、製造和銷售，產品廣泛應用於汽車電子、雲計算、存儲、通訊、工業、消費電子等領域。MPS創建於1997年
，2004年在納斯達克（NASDAQ）成功上市
，目前市值超150 億美元。經過20餘年的全球市場拓展，目前MPS在亞太、北美
、歐洲等地區設有16家分支機構
，業務覆蓋全球30多個國家和地區，全球客戶超10000家，累計出貨1000億顆芯片。

 

 

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