集成容性隔离助力高密度适配器设计 (集成隔离电源)

概述

快充需求推动了高密度适配器的蓬勃发展。在实际的适配器设计中,花样繁多的新型开关功率器件、拓扑和控制方案不计其数。随着各种尖端技术的引入,适配器产品的功率密度也显著提高。1W/cm 3 已成为高密度适配器的常规标准,这至少两倍于五年前的市场产品。

密度增加了,应用级别的产品设计难度也水涨船高,逐渐被推向极限。设计人员必须不断进取,才能超越传统解决方案的限制。

隔离要求

适配器设计中最关键的挑战之一来自隔离要求。根据安全法规标准,适配器需要在原边的高压电路和副边的低压电路之间增强绝缘。

在传统解决方案中,隔离控制通常由光耦合器实现(参见图1)。但光耦合器仅在相对较低的带宽下传输补偿信号,用于输出调节;在这种条件之下,光耦合器无法实现原边和SRMOSFET的同步。

图1:基于光耦合器的传统反激式变换器

因此,传统方案中的SR控制只能通过监测副边绕组电压来实现。由于SRMOSFET只能在原边MOSFET导通之后才能关断,因此在连续导通模式(CCM)工作期间,始终存在击穿。如果SRMOSFET不能足够快地关断,持续的击穿可能会导致较大的反向电流和高电压尖峰。这些高应力会导致严重的可靠性问题。

为避免这些问题,通常建议实施布局限制并使用大型缓冲器。

无需额外组件还解决了高密度适配器的另一个关键挑战:有限的布局空间。快充适配器需要更高的功率和更多的功能,这意味着更多的组件需要被塞进狭小的空间内。简化整体解决方案、减少组件数量等特性对于空间受限应用变得至关重要。

图4显示了基于MPX2003设计的40mmx40mmx25mm/65WPD适配器。在没有适配器的情况下,其功率密度可高达1.63W/cm 3 。而且,即使在副边添加了实现PD协议需要的所有组件之后,布局空间仍有富余。集成容性隔离的解决方案还具备其他益处,即,IC可以直接置于变压器下方,从而缩小布局尺寸。而根据安全法规的间隙要求,传统解决方案通常需要将除光耦合器以外的所有组件都置于远离变压器的位置。

图4:基于MPX2003的65WPD适配器设计

高度集成的反激式控制器

高度集成的反激式控制器极大地提升了效率与功率密度,具体表现在以下几个方面:

  • SR的精确时序控制消除了对超大缓冲器的需求,有利于空间受限应用
  • 先进的CCM和准谐振(QR)混合控制方案确保了工作状态在较宽范围内得到优化
  • 显著减少的组件数量降低了BOM、缩短了上市时间
  • 对变压器下方空间的有效利用减小了PCB尺寸

从图5可以看出,对于PD协议要求的任何输出电压

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