当前位置:首页 > 公众号精选 > PI电源芯片
[导读]注:原载于电源网订阅号,2021年10月26日目前市面上出现了一个新的芯片组,它由具有耐用的750V氮化镓(GaN)初级侧开关的反激式IC方案与创新的高频有源钳位方案组合而成,能够为手机、平板电脑和笔记本电脑设计出额定功率高达110W的新型超紧凑充电器。此芯片组来自PowerIn...

注:原载于电源网订阅号,2021年10月26日



目前市面上出现了一个新的芯片组,它由具有耐用的750V氮化镓(GaN)初级侧开关的反激式IC方案与创新的高频有源钳位方案组合而成,能够为手机、平板电脑和笔记本电脑设计出额定功率高达110W的新型超紧凑充电器。此芯片组来自Power Integrations,包含内部集成PowiGaN™开关的InnoSwitch™4-CZ零电压开关(ZVS)反激式控制器和提供有源钳位解决方案的ClampZero™产品系列。这些新IC可用于设计效率高达95%且在不同输入电压条件下保持恒定的反激式电源



这种InnoSwitch4-CZ/ClampZero组合为反激式电源设计带来了耳目一新的新性能。由于变压器中存在初级漏感,初级侧需要有源钳位电路。当初级侧开关关断时,漏感换向会导致电压过冲,从而损坏MOSFET。一种常见的解决方案是使用无源电阻-电容-二极管(RCD)钳位来保护MOSFET(见图1)。钳位将漏感能量转移到钳位电容中,并在电阻中以热量的形式耗散。RCD钳位会降低反激效率,但可为MOSFET提供保护。



PI产品营销总监Chris Lee:利用氮化镓芯片组实现高效率、超紧凑的反激式电源



图1. 无源初级钳位RCD解决方案需要耗散大量的热量并且会限制反激式电源的效率



在每个开关周期中,钳位中的能量都会损失。这迫使设计者限制最大开关频率,而这又需要使用更大的变压器。因此,无源钳位解决方案会降低反激效率或导致电源体积更大和/或温度更高。更有效的方法是用有源钳位代替无源RCD网络。



有源钳位
有源钳位不消耗能量,而是再循环漏感能量,从而提高效率并减少热量产生。在有源钳位设计中,RCD缓冲器中的电阻由开关代替。如果使用ClampZero,开关则是PowiGaN器件(见图2)。初级开关关断后,次级控制指示ClampZero开关开通,并在初级开关开通前将钳位电容储能传输至次级。再循环钳位电路使得漏感电流得以换向,还可确保初级开关上的电压在其开通前为零(ZVS)。


PI产品营销总监Chris Lee:利用氮化镓芯片组实现高效率、超紧凑的反激式电源



图2. InnoSwitch4-CZ/ClampZero反激方案



在传统的有源钳位设计中,初级MOSFET和有源钳位开关以互补方式进行工作(因此这些钳位电路被称为“互补模式有源钳位”电路)。在这种工作模式下,变换器只能工作于非连续导通模式或临界导通模式,不能工作于连续导通模式。当需要宽输出电压范围的设计(如USB PD和PPS充电器)时,这对设计者来说是一个挑战,导致设计出电源在高输入电压下的导通必须非常不连续。然而,InnoSwitch4-CZ/ClampZero芯片组克服了这个限制。



InnoSwith4-CZ和 ClampZero
InnoSwitch4-CZ和ClampZero IC芯片组采用复杂、非对称的非互补有源钳位控制方法,实现智能的零电压开关,同时支持非连续和连续导通工作模式,可提高设计灵活性,并在所有工作条件下实现效率最大化。新型反激式开关IC具有优异恒压/恒流精度,不受外围元件参数公差的影响,并且在提供输入电压检测等安全及保护功能的情况下,其空载功耗小于20mW。


InnoSwitch4-CZ产品系列采用薄型InSOP™-24D封装,同时集成了750V开关、初级和次级控制器、ClampZero接口、同步整流以及符合安全标准的反馈电路。高达140kHz的稳态满载开关频率降低了变压器尺寸,进一步提高功率密度。



InnoSwitch4-CZ/ClampZero芯片组适合于高效、紧凑的USB PD适配器、高密度反激式AC/DC电源和高达110W的高效恒压/恒流电源。InnoSwitch4-CZ IC支持可变输出电压和电流特性,并具有完善的保护功能,包括用于输出过压和欠压保护的自动重启动或锁存故障响应方式、输入欠压保护以及锁存或迟滞过温保护。



设计范例
设计者可以将InnoSwitch4-CZ和ClampZero IC与Power Integrations之前推出的MinE-CAP™ IC产品搭配使用,以设计出超紧凑型反激电源。MinE-CAP是对InnoSwitch4-CZ和ClampZero IC的自然补充;它可大幅缩小输入大容量电容的尺寸,而不会影响输出纹波、工作效率且无需重新设计变压器。


与传统技术(如极高开关频率工作)相比,MinE-CAP可实现同等或更大的整体电源尺寸缩小,同时可避免与极高频设计相关的复杂EMI滤波和变压器/钳位耗散增加的挑战。MinE-CAP还能精确地管理交流上电时的浪涌电流,从而无需使用功耗较大的NTC或大型慢熔保险丝。



Power Integrations推出的DER-928设计范例是一款适用于手机和笔记本电脑的超紧凑型60W USB PD 3.0充电器。设计特色如下:




  • 使用了具有高压PowiGaN开关的InnoSwitch4-CZ有源钳位反激式开关IC (INN4073C)


  • 使用了ClampZero有源钳位IC (CZ1062M)


  • 使用了MinE-CAP大电容小型化IC (MIN1072M)


  • 输入:90VAC - 265VAC


  • USB-C PD输出:5V/3A;9V/3A;15V/3A;20V/3A



PI产品营销总监Chris Lee:利用氮化镓芯片组实现高效率、超紧凑的反激式电源



图3. DER-928设计范例:使用InnoSwitch4-CZ、ClampZero和MinE-CAP芯片组的60W超小型USB PD充电器,体积仅有24.4立方厘米(44平方毫米 x 高12.6毫米)



在上述设计中,用130µF输入电容替换100µF大电容可将峰值功率提高到90W。其他性能特性包括:




  • 轻松符合DOE6和CoC v5 2016能效标准


  • 提供输出过压和过流保护


  • 内部集成热关断保护特性


  • 空载输入功率<60mW,微控制器功耗为20mW


  • 具有高功率密度的紧凑设计:30.3W/in3,不含外壳(即,60W/1.77in X 1.77in X 0.63in)



InnoSwitch4-CZ/ClampZero解决方案所包含的芯片组可提供65W至110W的输出功率(见表1)。它们可用于适配器或敞开式设计,支持85-264VAC输入电压,也可通过添加功率因数校正(PFC)前端电路支持385VDC工作。



PI产品营销总监Chris Lee:利用氮化镓芯片组实现高效率、超紧凑的反激式电源



表1. InnoSwitch4-CZ和ClampZero产品系列



总结
Power Integrations的InnoSwitch4-CZ/ClampZero芯片组使设计者能够为手机、平板电脑和笔记本电脑设计高达110W的超高密度充电器,这些设计在以前是无法实现的。InnoSwitch4-CZ IC可提供可变输出电压及恒流特性,非常适合于高效紧凑型USB-PD适配器和高效恒压/恒流电源。它们在提供输入电压检测等安全及保护功能的情况下,空载功耗小于30mW,并且可提供高达95%的效率,即使在不同输入电压、系统负载和输出电压下也能保持非常恒定的高效率。
相关阅读:1、一文读懂PI新一代氮化镓芯片InnoSwitch4
2、PI新款氮化镓快充参考设计:进一步缩小快充体积



本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

9月2日消息,不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司,随着阿维塔和赛力斯的入局,华为引望愈发显得引人瞩目。

关键字: 阿维塔 塞力斯 华为

加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日 /美通社/ -- 数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布,该公司与Amazon Web Services (AWS)签订了...

关键字: AWS AN BSP 数字化

伦敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODA V,这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具,可用于创建软件定义汽车。 SODA V工具的开发耗时1.5...

关键字: 汽车 人工智能 智能驱动 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行,同时企业却面临越来越多业务中断的风险,如企业系统复杂性的增加,频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性,提升韧性,成...

关键字: 亚马逊 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,据媒体报道,腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。

关键字: 腾讯 编码器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行,华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。

关键字: 华为 12nm EDA 半导体

8月28日消息,在2024中国国际大数据产业博览会上,华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称,数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。

关键字: 华为 12nm 手机 卫星通信

要点: 有效应对环境变化,经营业绩稳中有升 落实提质增效举措,毛利润率延续升势 战略布局成效显著,战新业务引领增长 以科技创新为引领,提升企业核心竞争力 坚持高质量发展策略,塑强核心竞争优势...

关键字: 通信 BSP 电信运营商 数字经济

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。 活动现场 NVI技术创新联...

关键字: VI 传输协议 音频 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上,软通动力信息技术(集团)股份有限公司(以下简称"软通动力")与长三角投资(上海)有限...

关键字: BSP 信息技术
关闭
关闭