
近年來,碳達峰、碳中和“3060”目標開啟了低碳新時代,隨著節能減排的要求越來越嚴,人們對環保節能低耗綠色提出了更高要求,對開關電源的能效標準也越來越嚴。比如,歐盟執委會最新的 CoC V5 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。
對于半導體行業企業,不僅要從自身的生產中向低碳靠攏,研發更精進的節能高效產品,助力其他產業應用升級也是他們的關鍵工作之一。面對低碳新時代的來臨,深耕ACDC領域多年的MPS,帶來了他們的新型ACDC電源解決方案。
MPS AC/DC 產品總監黃萬年先生表示,無論是小功率還是中大功率,開關電源的市場始終是趨向于更小型以及更高效率的產品。同時,這也是MPS產品的方向。
從隔離與非隔離的產品分類來看,MPS的隔離產品非常豐富,主要分布在10W以上的應用。據黃先生介紹,MPS有業界最好的、領先的同步整流技術。今年,MPS也會推出其ACF + ZVS 反激產品。
通過上圖的產品系列我們不難發現,MPS的發展方向總體來說可以分為四點:新型拓撲配合新的器件提高效率;高度集成,提升功率密度簡化設計;提高頻率適應新一代功率器件;數字化產品實現更好的性能,滿足所有的能效規范。
全集成反激控制器——更集成、更高效
MPX2002/3,創新性地將初次級控制器合封在一顆芯片內,很大程度地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。從圖中我們可以看到,這款產品與flyback是相同類型。其中不同的是,該款產品可以做雙向溝通。黃先生介紹:“以前中間是通過光耦,給個Feedback,然后調duty 就可以做控制,現在我們做更多的東西,包括時區的控制,以及如何配同步整流,從而把效率極大地提升。另外因為它是跨初級和二級的,所以需要隔離,隔離技術做在芯片里面門檻也非常高,業界能夠做到高壓隔離的、做在ACDC產品、電容隔離的,可能就是 MPS唯一一家。”
CCM&QR多模式控制是該款產品的主要特性,且頻率可達140kHz。據稱,未來MPS會將其提高到300kHz,效率提升得越多,頻率就可以越高。同時,黃先生還強調:“其實我們同步整流是做的最好的,加上這個拓撲,前后級完全可以拉開,完全沒有共通風險,可靠性是最高的。UVLO電壓低的時候有保護,短路保護,過壓、過溫保護。二級側如果電壓有異常,也會觸發保護。另外2個stages OLP是很高端的芯片才會有,可以防止誤觸發,做了2級OLP,還有二級側的OVP。以前二級側OVP是通過前端來做的,而我們這種架構在副邊就可以做,相當準確,且電壓就可以直接監測到,這是非常獨特的。”
通過上面這個對比圖,一切不言而喻。MPX2002集成了傳統方案的4顆IC,顯著的簡化了設計,縮小了占板面積,提高了一系列至關重要的性能。
數字化PFC+LLC組合控制器——高集成、高性能
應用于大功率的除了單級Flyback就是PFC+LLC了,在MPS,它就是HR1211。該款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。
PFC部分基本涵蓋了所有最常用的性能,而LLC部分不僅一個高壓Driver,還包含了Boost Diode。整個系統是通過數字來設定的,功能十分強大。“包括自適應母線電壓,通過一些對母線的監察做不停的動作。該產品LLC是新型的電流模式控制,能夠快速響應,還有突發模式和跳頻模式。另外,除了全面的保護特性,該芯片還可以定制。因為它可以改,有digital core在里面。”黃先生補充道。
說到digital core,就不得不提及數字化是一個發展趨勢。目前多應用于大功率產品,未來也會向小功率產品轉移。所謂數字化,就是可以通過GUI靈活編程,在研發和設計期間可以靈活更改設計,且有專利保護。
關于HR1211,MPS提供了集成式和分立式兩種解決方案。一定有朋友會問,如今大部分都是用PFC+LLC,為什么會有兩種共存呢?對此黃先生表示:“這是一個循序漸進的發展過程。第一款我們做PFC,后面做了模擬LLC,然后再慢慢集成半模擬半數字,然后再到這一步,這個是一種積累,在這個方向再去進一步把效率提升。另外分立是有自己的應用的,LLC本來自己就可以用。有些領域規范沒要求PFC,例如電動自行車,LLC Flyback就可以用,但未來一定是整合的趨勢。”
每個解決方案都有前端和后端,這一次MPS帶來的是兩款前端產品。黃先生表示,后端的同步整流芯片也是MPS業界十分出色的作品,通過代替diode的方案做的芯片,極大地提升了效率,是最早提升效率的最簡單的方案。未來這個方案會延伸到Totem Pole PFC,MPS也會提出更多的解決方案來迎合高頻化的趨勢。
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