消费者永远在追求更小巧的充电器 / 适配器。但这些设备本身也在面临挑战,随着电子设备的电池容量越来越大、充电时间越来越短,导致了充电器本身的功率不断被提高,同时,复杂的充电控制要求增加电源的元件数目及复杂性,这些因素本身在导致充电器尺寸被放大。适配器也在尝试对消费者需求做出反应,面临温升性能的挑战,功率开关不断提升效率,同时增加开关频率以降低尺寸。

 

这其中有个难以逾越的“山头”——大容量电解电容本身就是体积比较大的元件,因为峰值输出功率取决于其容量的大小,宽压范围工作要求输入滤波电容具有更大的容量(低压时),及更高的耐压额定值(高压时)。为了支持更高的耐压,电容制造商必须增加电容的尺寸,这导致它体积相对庞大,成为设备“身材臃肿”的主因,常常限制了适配器设计的外形尺寸选择,尤其最小厚度。
 


下图是同等容量、不同耐压条件下的电容体积对比。

 

 

为了进一步缩小其尺寸,Power Integrations 公司今日推出了适用于高功率密度、通用输入 AC-DC 变换器的 MinE-CAP IC,可将离线电源所需的高压大容量电解电容器的尺寸减半,使得适配器的尺寸最多缩小 40%。MinE-CAP 器件还可大幅减小浪涌电流,有助于省去 NTC 热敏电阻,提高系统效率,并减少热耗散。


 


使用 MinE-CAP IC 后,设计人员可以在很大一部分储能中主要使用低电压额定电容,可使这些元件的体积随电压线性缩小。据 Power Integrations 产品营销总监 Chris Lee 介绍,USB PD 技术为市场普遍采用小型 65W 充电器提供了巨大的推动力,许多公司都在设法通过提高开关频率来缩小反激式变压器的尺寸。通过 MinE-CAP 实现的体积节省,比开关频率翻倍的方法效果更显著,同时还能有效提高系统效率。

 

在具体的设计方案中,设计人员可选用交流高输入电压所需的最小高额定电压大容量电容,并将大部分储能分配给低压电容,这些电容由 MinE-CAP 提供保护,直到在交流低输入电压下需要时为止。这种方法可大幅缩小输入大容量电容的尺寸,而不会影响输出纹波、工作效率或无需重新设计变压器。MinE-CAP 器件可利用 PowiGaN 氮化镓晶体管的小尺寸和低 RDSon,根据交流输入电压条件,主动、自动连接和断开大容量电容网络的各个部分。

 


值得一提的是,MinE-CAP IC 支持宽范围输入电压,几乎适用于所有地区。特别是对于新兴市场应用的超宽输入电压范围的电源,由于电网电压不稳定,通常需要采用 600V 耐压电容或采用串联叠加的 400V 耐压电容,以设置充足的浪涌降额,来适应输入电压的骤升情况。例如在印度,一些工程师经常抱怨需要使用各种昂贵的高压电容。MinE-CAP 就可以去掉启机期间用于浪涌电流限制的 NTC,在 230VAC 输入情况下对 I2t 浪涌的降低可达 95%,从而减少高压储能元件的数量,并使低电压电容免受电网电压剧烈波动的影响,从而大大增强耐用性,同时减少系统维护和产品返修。

 


 
据了解,MinE-CAP IC 采用微型 MinSOP-16A 封装,基于 10000 片的订购量单价为 1.75 美元。它还可与 Power Integrations 的 InnoSwitch 系列电源 IC 配合,所需外部元件极少。

 


 

传统的功率变换解决方案通过提高开关频率降低变压器体积,从而达到减小电源尺寸的目的。MinE-CAP IC 不仅可以大幅缩小电源的整体尺寸,同时还能减少元件数,降低 EMI,并且避免高频设计相关的变压器 / 箝位损耗的增加。它的应用范围包括智能手机充电器、家电、电动工具、照明和汽车。