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導(dǎo)讀
看到這個(gè)標(biāo)題,您可能會(huì)嚇一跳,沒有了DC-DC,電源成何體統(tǒng)?難道從AC直接給用電設(shè)備的各個(gè)部分直接供電?請(qǐng)您往下看。
功率變換是將電能從一種形式變換為另一種形式的過程,例如AC變換為DC,或高壓電變換為低壓電等。在電力、交通、工業(yè)等許多領(lǐng)域中,功率變換都是必不可少的環(huán)節(jié)。
提高功率變換效率對(duì)于實(shí)現(xiàn)低碳未來具有至關(guān)重要的作用。研究表明,除了可持續(xù)發(fā)展應(yīng)用場(chǎng)景,如果能夠?qū)⒐β首儞Q效率提高37%,就可以實(shí)現(xiàn)超過三分之一的碳減排目標(biāo)。這表明,在提高能源利用效率方面,功率變換是一個(gè)非常重要的領(lǐng)域。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),需要采取多種措施,例如研發(fā)更高效的功率變換器、優(yōu)化功率變換過程、提高功率因數(shù)等。此外,還需要采用先進(jìn)的能源管理技術(shù)和智能化技術(shù),以提高能源利用效率和管理水平。
近日,Power Integrations(PI)在之前推出的InnoMux技術(shù)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步豐富了其產(chǎn)品線,新增了InnoMux-2 IC產(chǎn)品系列。在新品媒體溝通會(huì)上,PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan(閻金光)表示:
“采用新的IC拓?fù)涞腎nnoMux-2是具有多路獨(dú)立穩(wěn)壓輸出的全新開關(guān)IC產(chǎn)品系列。它采用氮化鎵IC將AC-DC和DC-DC變換級(jí)簡(jiǎn)化為一個(gè)單級(jí)功率變換器,可將系統(tǒng)功率損耗降低高達(dá)50%,徹底改變了傳統(tǒng)多路輸出功率變換的功率架構(gòu),極大地改善多路輸出離線式電源變換的設(shè)計(jì)范式。” ?
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他特別提到,去掉了系統(tǒng)中的散熱器,既減少了材料用量,也減輕了系統(tǒng)重量。而生產(chǎn)1公斤鋁需要15kWh電量,相當(dāng)于排放約3.1公斤的CO2;要將1公斤貨物運(yùn)過太平洋需要22kWh電量,約排放4.5公斤的CO2,所以,提高效率的結(jié)果不僅僅是為了節(jié)能降本,對(duì)于控制氣候變化,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展也具有重要意義。
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輕松應(yīng)對(duì)多路輸出電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
現(xiàn)代生活中,用電設(shè)備無處不在,從手機(jī)到電視,從冰箱到電腦,都離不開電源。不過,多路輸出電源的設(shè)計(jì)存在著很多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)和局限性,為達(dá)到各路輸出電壓的穩(wěn)定往往需要通過二次變換,使用第二級(jí)DC-DC,將單輸出反激變換器的輸出電壓變換成其它不同的電壓,為系統(tǒng)中不同的功能模塊電路進(jìn)行供電。
Jason Yan解釋說:
“大多數(shù)現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)都需要依靠多個(gè)內(nèi)部電壓軌運(yùn)行各種功能,如計(jì)算(CPU、MCU或DSP)、通信(有線或無線)和執(zhí)行功能(電機(jī)、燈具、加熱器、音箱喇叭)等,這些電源軌的電壓輸出包括小于5V到12V、24V甚至更高。在功率損耗方面,如果采用傳統(tǒng)的兩級(jí)變換方式,即前級(jí)反激電源加上后級(jí)的DC-DC,則系統(tǒng)每個(gè)變換級(jí)的損耗都會(huì)累加起來,從而降低整個(gè)系統(tǒng)的效率性能并產(chǎn)生熱量。” ?
在多路輸出的設(shè)計(jì)當(dāng)中由于無法使輔助輸出的電壓穩(wěn)定,所以要加第二極升壓或降壓型變換,以改善輸出穩(wěn)定度,但這是以犧牲效率作為代價(jià)的。而且在空載時(shí),由于電路的“峰值充電”效應(yīng),輸出電壓會(huì)飄高,此時(shí)需要在輸出端并聯(lián)一個(gè)假負(fù)載電阻,以壓低空載時(shí)的輸出電壓,這勢(shì)必會(huì)帶來電源整體效率的下降及空載功耗的增加。
總之,傳統(tǒng)的多輸出電源設(shè)計(jì)時(shí)需要面臨不同的挑戰(zhàn),需要進(jìn)行各種權(quán)衡:效率、空載功耗和輸出精度,無法做到三者同時(shí)滿足。
InnoMux-2 IC是第二代產(chǎn)品,第一代產(chǎn)品主要用于電視機(jī)和顯示器,新的第二代產(chǎn)品有了很大改善,并不只限于上述應(yīng)用,而是覆蓋各種越來越復(fù)雜的電器設(shè)備的多軌供電需求。
該器件可以從容應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn),因?yàn)樗鼘C-DC和后級(jí)DC-DC變換級(jí)整合到單個(gè)芯片中,成為單級(jí)拓?fù)浼軜?gòu),提供多達(dá)三個(gè)獨(dú)立的穩(wěn)壓輸出或兩個(gè)恒壓(CV)輸出和一個(gè)恒流(CC)輸出,具有15-100W的輸出功率能力。新IC拓?fù)錁O大地改善了多路輸出離線式電源變換的設(shè)計(jì),可以用更少的元件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊且高效的電源子系統(tǒng)。
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這樣做的好處在于,利用單級(jí)變換、零電壓開關(guān)(無需有源鉗位)、750V PowiGaN氮化鎵開關(guān)管和同步整流技術(shù),可以將傳統(tǒng)的多路輸出電源的效率提高10%;無需輸出電壓泄放電路(假負(fù)載),進(jìn)而可以將待機(jī)功耗改善20%;無需后級(jí)穩(wěn)壓電路,可以將元件數(shù)目縮減約50%;每個(gè)輸出均具有反饋且進(jìn)行單獨(dú)控制,使整個(gè)輸入電壓及負(fù)載范圍都可保持±1%的輸出精度。
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無泄放電阻有助于降低待機(jī)功耗
降低系統(tǒng)待機(jī)功耗對(duì)于節(jié)能減排、節(jié)約能源成本以及延長(zhǎng)設(shè)備壽命都具有重要意義。能源之星和歐盟CE標(biāo)識(shí)指令對(duì)設(shè)備功耗進(jìn)一步進(jìn)行了限制,對(duì)設(shè)備工作期間及待機(jī)狀態(tài)系統(tǒng)功耗的限值均更加嚴(yán)格。2023年4月,歐盟正式發(fā)布生態(tài)設(shè)計(jì)指令(EU)2023/826,將待機(jī)功耗從500mW降至300mW,相當(dāng)于每年節(jié)省等量7300萬加侖的汽油。
Jason Yan解釋說,許多應(yīng)用都涉及滿足待機(jī)限制的要求,而傳統(tǒng)降壓變換器和多路輸出電源在輕載和空載時(shí)由于“假負(fù)載”的使用會(huì)“燃燒”掉多余的能量,借以維持輸出電壓的穩(wěn)定,因此必須使用后級(jí)穩(wěn)壓器。這樣設(shè)計(jì)者不得不在接受較差的穩(wěn)壓精度與增加額外的輸出負(fù)載之間做出抉擇。
在傳統(tǒng)的多路輸出電源當(dāng)中,泄放電阻僅僅用來保證輸出穩(wěn)壓精度,其功耗無法用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的待機(jī)功能,屬于一種“無效”工作方式。而現(xiàn)代電子系統(tǒng)功能越來越多,需要的待機(jī)負(fù)載需求也日益增加。假定待機(jī)效率為60%的情況下,如果留有10mW的裕量,對(duì)于300mW的輸入待機(jī)限值來講,能夠提供給負(fù)載使用的功率為170mW。如果電源方案中去除了“無效”的假負(fù)載泄放電路功耗,則可以有更多的可用功率用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的待機(jī)功能,改善設(shè)備的用戶體驗(yàn)。
InnoMux-2 IC解決方案不使用泄放電路,在空載條件下仍可對(duì)輸出進(jìn)行精確的控制。在1組CV和1組CC輸出的InnoMux-2設(shè)計(jì)中,在輸入電壓、負(fù)載條件的變化以及交叉調(diào)整率的各種工況下,12V輸出電壓的變化可滿足±1%的穩(wěn)壓精度。?
InnoMux-2采用多種不同的CV+CC輸出配置組合,而每個(gè)輸出的監(jiān)測(cè)反饋使得初級(jí)側(cè)每個(gè)開關(guān)周期中的能量都能夠根據(jù)需要在各輸出之間進(jìn)行按需分配。其過程是次級(jí)側(cè)控制器經(jīng)FluxLink向初級(jí)側(cè)發(fā)送開關(guān)請(qǐng)求,由低輸出的VCV1或低VLED電壓的輸出進(jìn)行觸發(fā);次級(jí)側(cè)母線中串聯(lián)的功率開關(guān)管可以將開關(guān)能量導(dǎo)引至所需的輸出端,而其它未發(fā)起開關(guān)請(qǐng)求的輸出則斷開與變壓器次級(jí)的連接;這樣即可保證失調(diào)輸出的電壓或電流的穩(wěn)定。恒壓輸出的電壓監(jiān)測(cè)是通過取樣電阻的方式連接至次級(jí)控制器,當(dāng)其電壓低時(shí)即觸發(fā)一個(gè)開關(guān)請(qǐng)求信號(hào);而恒流輸出的電流監(jiān)測(cè)是通過電流檢測(cè)電阻檢測(cè)的,當(dāng)電流下降時(shí)會(huì)發(fā)出一個(gè)開關(guān)請(qǐng)求信號(hào),以確保LED燈串中的電流恒定。
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多種架構(gòu)和多個(gè)級(jí)別支持不同類型應(yīng)用
InnoMux-2方案支持各種輸出組合,適用于各種需要多組供電電壓的應(yīng)用場(chǎng)景,包括:一路恒壓和一路恒流輸出的顯示器、電視機(jī)、智能家居和樓宇自動(dòng)化、LED應(yīng)急照明;兩路恒壓輸出的小家電、工業(yè)、儀表應(yīng)用;三路恒壓輸出的工業(yè)電源、電器、電信、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;一路恒壓及最多8路恒流輸出的高端顯示器和家用電器應(yīng)用。
Jason Yan以大尺寸顯示器應(yīng)用為例介紹說,提供的兩組輸出(1組CV和1組CC LED驅(qū)動(dòng))InnoMux-2 IC結(jié)合IMX2065C或IMX2066C加IML204DG的芯片組,可以驅(qū)動(dòng)4串LED燈串;如果再串接另一個(gè)IML204DG則可支持多達(dá)8串LED燈串的應(yīng)用,可用于大尺寸顯示設(shè)備和具有照明功能的家用電器。
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他表示,InnoMux-2 IC支持多種電源架構(gòu)和多個(gè)功率級(jí)別,目前已投入生產(chǎn),首個(gè)客戶已經(jīng)在量產(chǎn)。
利用PI Expert強(qiáng)大的在線設(shè)計(jì)工具以及PI為不同應(yīng)用設(shè)計(jì)同時(shí)推出的多款參考設(shè)計(jì),用戶可以迅速開發(fā)出適合自己應(yīng)用的產(chǎn)品。這些參考設(shè)計(jì)包括:1組CV和1組CC輸出的52W電視機(jī)用電源設(shè)計(jì)DER-714;1組CV和4組CC輸出的23W顯示器電源設(shè)計(jì)DER-715;3組CV輸出的62W工業(yè)及電器類應(yīng)用電源DER-716;以及即將推出的2組CV輸出的35W工業(yè)及電器類應(yīng)用電源RDK-761。
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干掉DC-DC,徹底改變多輸出功率變換
歸納一下,相比傳統(tǒng)的兩級(jí)架構(gòu),InnoMux-2 IC的特色在于高度集成、元件數(shù)目少,占用PCB空間小,而且高效、精確。其多模式反激控制器、準(zhǔn)諧振和零電壓開關(guān)(ZVS)、同步整流能力,可提供高達(dá)100W的輸出功率,獨(dú)有的低熱阻封裝可實(shí)現(xiàn)無散熱器的設(shè)計(jì);并且在整個(gè)輸入電壓、負(fù)載范圍、溫度及負(fù)載電流跳變的條件下各組輸出滿足優(yōu)于±3%的調(diào)整精度。
用該器件實(shí)現(xiàn)的多路輸出電源方案的滿載效率(從交流到穩(wěn)壓的低壓直流輸出段)可超過90%,且在整個(gè)負(fù)載范圍保持高效;先進(jìn)的InnoMux-2控制器還能管理輕載下的功率輸出,無需使用假負(fù)載電阻,即可將系統(tǒng)待機(jī)功耗輕易滿足300mW的限值要求,為一些需要執(zhí)行必要功能的應(yīng)用場(chǎng)景提供了更多的可用待機(jī)功率。
InnoMux-2器件采用PI高效散熱的InSOP24和InSOP28封裝,通過PCB散熱,無需散熱片。器件選項(xiàng)包括雙路輸出和三路輸出恒壓(CV)型號(hào),以及其中一路輸出可專用于提供恒流(CC)驅(qū)動(dòng),適用于顯示器LED背光供電或內(nèi)置電池快速充電場(chǎng)景,如果有更多路恒流控制的需求,則可采用芯片組的組合配置。
總之,InnoMux-2解決了傳統(tǒng)的多輸出電源所面臨的挑戰(zhàn),如設(shè)計(jì)時(shí)需要權(quán)衡效率、 空載功耗和輸出精度,的確可以干掉DC-DC,令多輸出電源的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單,同時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊且高效的電源子系統(tǒng)。該器件堪稱低待機(jī)應(yīng)用的理想選擇,其多種CV和CC輸出組合、10-100W的輸出功率范圍,能夠支持廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。
審核編輯:黃飛
評(píng)論
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