PI:提高电源转换效率,让电源适配器快速“瘦身”

2017-09-30 14:25:34 来源:EEFOCUS
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很多人一定有这样的烦恼:出差带着笔记本的同时,还必须带着笨重的电源适配器,而且一旦忘记工作就要停滞。有没有可能让电源适配器变小变轻?这就需要缩小电源适配器的电路板,但是电路板缩小会带来一系列问题,如元件尺寸、散热片面积等都要调整。如果电源转换效率提高,产生热量减少,散热片面积也随之减小。Power Integrations公司推出的InnoSwitch3系列离线反激式开关电源IC有望帮助消费者实现这一愿望。

 

Power Integrations公司技术培训工程师阎金光介绍,“新器件在任何输入电压及负载条件下均可提供94%的高效性能,将电源损耗大幅降低25%,并且可以设计出无散热片的紧凑型65 W电源。InnoSwitch3器件适合对能耗、外形尺寸或散热有更严苛要求的电源,特别是那些必须符合强制性总能耗(TEC)标准的电源应用。”

 

效率高达94%,体积大幅度缩小
在电源适配器使用时,摸上去都有发热的感觉,为了确保正常工作,设备商一般都会配置散热片加快散热。通常解决散热问题有四种方式:第一,增加表面积以利于热辐射;第二,减小内部与外部之间的热阻;第三,将热量均匀分布于表面,没有相对过热的发热点;第四,提高效率无需散热片。Power Integrations公司采用了第四种方式,将反激式电源的转换效率提高到94%,阎金光表示,“对反激式电源来说,这是目前业界能够达到的最高转换效率,因此适配器可以省去散热片,使设计更小、更轻。”

 


采用InnoSwitch3系列产品的适配器与旧款适配器性能对比图

 

相对于上一代产品,InnoSwitch3系列的转换效率虽然只提高了2%,但是产生的热能从3.6W降低到2.7W,减少了25%,仅从散热角度考虑相对于旧款传统适配器其表面积可以减小52%,意味着可以实现更小更轻适配器的设计。

 


左:普通电源适配器;
右:采用InnoSwitch3系列离线反激式开关电源IC的适配器电路板

 

如上图所示,采用InnoSwitch3系列离线反激式开关电源IC所设计的电路板只有旧款适配器的1/3。

 

采用FluxLink数字反馈技术,无需配置光耦,稳定可靠
开关电源分为隔离与非隔离两种形式,对于中小功率的应用,常用的隔离电源拓扑结构有正激式和反激式。反激式指在变压器原边功率开关管导通时副边整流管截止,变压器储能。原边开关管截止时,副边整流管开始导通,能量释放到负载,周而复始的开关工作。反激式电源结构简单,省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感,因此在中小功率电源中得到广泛的应用。从控制方式来看,InnoSwitch3系列产品初次级之间采用数字反馈的FluxLink技术进行反馈信息的传输,对初次级的开关实现精确的时序控制,可以实现非常高的效率,同时其动态响应特性极佳,而且输出纹波很小。其次级检测输出电压电流的控制方式使得该系列产品可以输出高达65W的输出功率,如果采用前级的功率因素校正电路,甚至可以输出100W的输出功率。。

 

 

再者,传统隔离式电源中,光耦器是初次级间进行隔离及信息传输的常用器件。但其性能会随电源寿命的延长而下降,进而影响整个电源的输出特性。而InnoSwitch3系列反激式开关电源IC采用创新的隔离式数字通信技术--FluxLink,无需光耦器即可进行初次级间信息传输,而且其数字反馈技术无需进行环路补偿,可大大增强系统运行的可靠性,同时降低系统的复杂度。新器件集成的次级同步整流驱动、准谐振开关也极大的简化了线路并实现更高的效率。各种保护特性,包括无损耗的输入过压及欠压保护、输出过压保护、过功率保护、过流保护、过温保护以及输出整流管短路保护、同步整流驱动开路短路保护等对于电源的可靠运行提供了足够的保障。

 

细分产品种类,适用多种应用

 


InnoSwitch3 IC产品细分表

 

如图所示,为了适应不同的应用,InnoSwitch3 IC产品系列提供三种版本:
CE:外部电流检测。输出电流采用外部电阻检测的方式,可提供精确的恒流/恒压调整率,从而提高设计灵活性。适合仅有单一输出电压的紧凑型充电器、适配器、物联网和楼宇自动化应用。
CP:恒定功率输出特性。适合USB功率传输(PD)、快速充电以及其他要求具有可变输出电压的应用。
EP:嵌入式电源。集成了该系列额定电压最高的MOSFET (725 V),可提供全面的输入电压及负载保护,并且具有出色的多路输出交叉调整率,适合要求严苛的工业控制及家电应用。

 

另外,InnoSwitch3器件已通过CCC、UL和VDE安全认证,可安全地跨接于安规隔离带之间。InSOP-24封装可提供高效散热的薄型方案,并且初级侧与次级侧具有更宽的11.5 mm爬电距离和电气间隙,可靠性更高,抗浪涌及ESD能力更强。子系列器件还可根据不同应用场合的要求,由设计师自行选择锁存或自动重启动的故障保护工作模式。所有InnoSwitch3 IC均集成了高压MOSFET(CP和CE系列采用650 V额定电压MOSFET,EP系列采用725 V额定电压MOSFET)。

 

有了这个高效的反激式电源转换方案,我们现在所使用的电脑、手机、机顶盒、电视机以及物联网、工业控制等设备的适配器会大幅度缩小,携带起来更加轻便。Power Integrations公司将InnoSwitch3系列产品称为“终极反激式方案”,想必电源转换效率想要超越94%很难,但是随着技术的进步,相信这款产品一定不是“终极方案”。

 

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作者简介
郭云云
郭云云

与非网北京站编辑,网名:咖啡不解困。混迹在电子社区,混迹在电子产业圈,虽不如工程师懂技术但也算半个电子人,喜欢听别人讲故事,喜欢思考电子圈的是是非非,更喜欢发表自己的“正理邪说”,时刻保持对所见所得的思考。

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