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低碳時(shí)代，MPS引領(lǐng)AC/DC產(chǎn)品小型化高效率的新趨勢(shì)

2021-09-08 10:33:12 EETOP

點(diǎn)擊關(guān)注->創(chuàng)芯網(wǎng)公眾號(hào)，后臺(tái)告知EETOP論壇用戶名，獎(jiǎng)勵(lì)200信元

2021年8月26日，MPS在北京舉辦的ACDC中國(guó)區(qū)首場(chǎng)發(fā)布會(huì)上為與會(huì)者帶來(lái)了新產(chǎn)品在ACDC賽道上新產(chǎn)品的展示與布局，EETOP記者應(yīng)邀出席。

MPS AC/DC 產(chǎn)品總監(jiān) Peter‐黃萬(wàn)年先生在此次發(fā)布會(huì)上從AC/DC獨(dú)特性、安規(guī)以及標(biāo)準(zhǔn)，單級(jí)AC/DC基本結(jié)構(gòu)，兩級(jí)AC/DC結(jié)構(gòu)等多方面為大家分享了MPS AC/DC產(chǎn)品的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)及其最新的技術(shù)進(jìn)展，同時(shí)結(jié)合低碳新時(shí)代的到來(lái)，MPS也帶來(lái)了新型AC/DC的電源解決方案，在小型化、高效率方面不斷精進(jìn)技術(shù)和性能，為客戶提供了全新的設(shè)計(jì)性思路。

Peter Huang
MPS ACDC 產(chǎn)品總監(jiān)

2020 年加入 MPS，致力于領(lǐng)導(dǎo) MPS AC/DC 產(chǎn)品全球業(yè)務(wù)，負(fù)責(zé)制定和執(zhí)行 MPS
AC/DC 產(chǎn)品市場(chǎng)戰(zhàn)略。

在加入 MPS 之前， Peter 分別在納微半導(dǎo)體（Navitas），技領(lǐng)半導(dǎo)體（Active Semi），英飛凌(Infineon)， XP Power，康舒科技和等企業(yè)中分別擔(dān)任技術(shù)市場(chǎng)總監(jiān)，產(chǎn)品線總監(jiān)，系統(tǒng)應(yīng)用工程師，和電源設(shè)計(jì)師等職務(wù)。其經(jīng)驗(yàn)包括從小功率 5W 到大功率2000W 的 AC/DC 和 DC/DC 功率轉(zhuǎn)換，應(yīng)用范圍遍及消費(fèi)性電子、電腦便攜、 LED照明、伺服器和工業(yè)市場(chǎng)。他擁有廣州華南理工大學(xué)授予的電氣工程學(xué)士學(xué)位，并在加拿大的西安大略大學(xué) (University of Western Ontario) 取得了電力電子碩士學(xué)位。

針對(duì)綠色能耗，AC/DC中的安規(guī)也是最重要的方面。“它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，你做什么產(chǎn)品必須要滿足安規(guī)，做一個(gè)電源設(shè)計(jì)必須要過(guò)安規(guī)，但是要過(guò)安規(guī)之前設(shè)計(jì)的時(shí)候，你要考慮到一些安規(guī)要求，ACDC比較特別，很多時(shí)候都是在ACDC那邊設(shè)一個(gè)效率要求，然后大家就會(huì)往這個(gè)要求去meet，最低要求會(huì)定下來(lái)，包括平均效率、輕負(fù)載效率要求、待機(jī)功耗，這些也就是綠色能耗，綠色能耗也不是這兩年講，它講了很久，就是從這幾個(gè)機(jī)構(gòu)開(kāi)始，定了一些效率，有一些一開(kāi)始定的很高，現(xiàn)在也是往這個(gè)目標(biāo)去做，但很多時(shí)候你往這個(gè)方向去弄，各個(gè)公司都往最好的方向去做，這樣子的話，根據(jù)最高的可以做成的，然后幾年它就會(huì)把標(biāo)準(zhǔn)提升，這是對(duì)綠色能耗，這幾個(gè)很大的機(jī)構(gòu)規(guī)定一些標(biāo)準(zhǔn)。” MPS ACDC 產(chǎn)品總監(jiān)在AC/DC的安規(guī)方面也做出了重要的闡述說(shuō)明。

開(kāi)關(guān)電源的趨勢(shì)

無(wú)論是ACDC或是DCDC，小型化即是開(kāi)關(guān)電源未來(lái)的整體趨勢(shì)，功率密度提升將有利于整體成本的下降，對(duì)于適配器來(lái)講，也是增加自己競(jìng)爭(zhēng)力的核心方案。

提升效率將有利于小型化的趨勢(shì)所向，散熱的熱設(shè)計(jì)至關(guān)重要，另外通過(guò)高級(jí)拓?fù)錅p少開(kāi)關(guān)損耗以及提升更高的開(kāi)關(guān)頻率，通過(guò)堆疊把空間充分利用，平均散熱，最終做到空間最小化。

提高效率成為必經(jīng)之路

提高效率是小型化的必要途徑，它不但可以減少損耗，同時(shí)還能減少散熱，給高頻小型化提供了必要的條件。只有效率提升了，單位體積散熱減少，同時(shí)通過(guò)高頻化設(shè)計(jì)，功率密度才會(huì)大大的提升。想要提高效率，可以通過(guò)新的開(kāi)關(guān)拓?fù)洌?譬如新型的反激拓?fù)?ACF（Active-Clamp Flyback）就可以消除開(kāi)通損耗，同時(shí)做到隔離變壓器的漏感回收，加上第三代半導(dǎo)體功率器件的快速關(guān)斷，開(kāi)關(guān)損耗可以降到忽略不計(jì)。提升了效率，同時(shí)讓電源的設(shè)計(jì)頻率不會(huì)受到功率器件的限制，大大地加速了小型化。

MPS 在 ACDC 領(lǐng)域深耕多年，擁有業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品，涵蓋了市面上 1~1000W 的產(chǎn)品范圍，客戶遍布全球。隨著“更綠色/環(huán)保”的新規(guī)范的出臺(tái)以及第三代半導(dǎo)體時(shí)代的到來(lái)， MPS 的 AC/DC 電源產(chǎn)品不斷精進(jìn)技術(shù)和性能，迎合市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)：

· 利用多種新型拓?fù)涮岣咝剩?比如使用 PFC + LLC 以及 ACF+ZVS 的混合拓方式以實(shí)現(xiàn)零打開(kāi)損耗，同時(shí)回收漏感，可以達(dá)到 93%以上的高效率。

· 采用全集成設(shè)計(jì)，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減少成本：傳統(tǒng)的非隔離式 AC/DC 解決方案通常需要使用多顆 IC，同時(shí)還需配備原邊及副邊控制器以及光隔離器等，占板面積大， BOM 成本高； MPS 最新一代解決方案尺寸緊湊，集成度高， 1 顆 IC 即可囊括原邊和同步控制器，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，占板面積小，成本效益高。

· 高頻化的芯片以適應(yīng)新一代功率器件：傳統(tǒng)硅器件的開(kāi)關(guān)頻率低，效率也很難提高，隨著GaN 等新型半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)，其開(kāi)關(guān)頻率及效率都得到大大提高，高頻設(shè)計(jì)更加符合新型功率器件的要求。

· 數(shù)字化產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)更好的性能：傳統(tǒng)的模擬控制器很難跟上日新月異的變化，新一代數(shù)字電源芯片的優(yōu)勢(shì)日趨明顯， MPS 的產(chǎn)品采用數(shù)字化內(nèi)核，具有非常豐富的可配置項(xiàng)目，相比傳統(tǒng)控制器，具有更多的靈活性

MPS ACDC的產(chǎn)品發(fā)展方向:新型拓?fù)?高集成度,高頻率數(shù)字化。

全集成反激控制器系列產(chǎn)品 MPX2002/3，創(chuàng)新性地將初次級(jí)控制器合封在一顆芯片內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了外圍電路設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)快充電源的小型化提供了全新的思路。

圖 3： MPX2002 典型應(yīng)用電路（原邊 + 副邊 + 反饋）

MPX2002 在重載下可在 CCM 下運(yùn)行，然后在負(fù)載降低時(shí)切換至準(zhǔn)諧振（QR）操作。如果負(fù)載進(jìn)一步降低， MPX2002 將在跳頻（PFM）模式下工作。當(dāng)其進(jìn)入突發(fā)模式時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率固定為 20kHz，從而降低音頻噪聲。通過(guò)此特性， MPX2002 可在所有負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)高效率，同時(shí)具有出色的電磁干擾（EMI）性能。傳統(tǒng)方案需要反激控制器、光耦、電壓基準(zhǔn)和同步整流控制器四顆 IC，而使用MPX2002 單 IC 方案，集成了初級(jí)控制器和同步整流控制器。簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，提高了效率，減小了占板
面積，降低待機(jī)功耗，增強(qiáng)可靠性，無(wú)需光耦反饋，防止光耦在高可靠性環(huán)境出現(xiàn)老化。特別在 CCM運(yùn)行模式下能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的同步整流控制。 MPX2003 把頻率進(jìn)一步提升到 130kHz 以上來(lái)滿足小型化需求。

圖 4： MPX2002 VS. 傳統(tǒng)方案

MPS AC/DC 的另一款成名之作 HR1211，也充分地體現(xiàn)了 MPS 的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，這是一款集成多模式PFC 和電流型 LLC 的二合一控制器。芯片集成了高壓電流源、安規(guī)認(rèn)證的 X 電容放電電路、 PFC 和LLC 的高壓驅(qū)動(dòng)電路，從而實(shí)現(xiàn)了非常簡(jiǎn)潔的外圍電路。

圖 5： HR1211 的典型應(yīng)用電路

HR1211 的數(shù)字控制內(nèi)核結(jié)合可重復(fù)編輯的存儲(chǔ)單元，賦予了整個(gè)方案強(qiáng)大的靈活性。 PFC 和 LLC 兩級(jí)電路之間的配合；不同控制模式之間的切換；關(guān)鍵工作點(diǎn)的開(kāi)關(guān)頻率；保護(hù)功能的閾值、時(shí)間以及恢復(fù)方式；所有這些主要的功能都可以通過(guò) UART 的通訊口進(jìn)行自由配置，并能夠在圖化操作界面上完成，這使得基于 HR1211 的電源設(shè)計(jì)能夠靈活的適應(yīng)不同應(yīng)用在不同設(shè)計(jì)中的性能要求。

關(guān)鍵詞： MPS AC DC 電源