高功率密度AC/DC转换器（电源）的解决方案

Power Integrations宣布了其最新的MinE-CAP技术，该技术是具有通用输入的高功率密度AC / DC转换器（电源）的解决方案。除了将高压电解电容器（散装电容器）的尺寸以及适配器的整体尺寸减小多达40％之外，MinE-CAP还能极大地减小浪涌电流，从而使NTC热敏电阻变得不必要，从而提高了系统效率并减少散热。

电解电容器会占用AC / DC电源中的空间，并且通常会限制整个电池充电器的外形尺寸。Power Integrations旨在将低压电容器用于大部分能量存储，从而随电压线性减小这些组件的体积。

传统的电源转换解决方案通过增加开关频率以允许使用更小的变压器来减小电源的尺寸。MinE-CAP不仅减小了尺寸，而且还解决了与高频设计相关的其他EMI和耗散挑战。应用包括智能移动充电器，家用电器，电动工具，照明和汽车。

一句话：效率

市场一直在寻求效率。消费者要求快速充电，但与此同时，他们希望能够承受更高功率密度的小型充电器。从2.5 W到65 W的宽功率范围要求采用新的复杂算法，以通过动态微调电压和电流来适应市场需求。

GaN技术的实施使得可以通过充分利用其热性能来减少散热片。“除了GaN之外，在讨论电源效率时要考虑的另一个因素是开关频率，” Power Integrations培训总监安德鲁·史密斯（Andrew Smith）说。“当您想缩小路径时，必须增加开关频率。因此，我们将在市场中看到很多应用，将开关频率提高得非常高。

他补充说：“ PowiGaN开关无需散热器和散热器即可提高效率。” “与此同时，InnoSwitch3器件引入了热折返功能，没有极端情况下的限制，并且峰值功率可快速充电。”

通过增加开关频率（> 300 kHz），可以减小变压器的尺寸，但是此过程会 由于引入其他组件来减轻这些影响而在实际反激式实现中产生热，EMI和效率问题。“这也意味着从机械上讲，很难构建电源，因为您现在拥有更多的组件，” Smith说。

开关频率的增加带来了滤波器的增加，以减少缓冲和开关损耗，从而失去了以前创造的一些尺寸优势。“在初级侧[图1 ]上需要考虑的另一个组件是输入电容器[体电容器]，即电解电容器，”史密斯说。

图1：带有输入大容量电容器的AC / DC电源。开关频率和变压器线电压决定了大容量电容器的体积。（来源：Power Integrations）

Smith说：“它是控制峰值功率的巨大组件，并且可以成为进一步减小电源尺寸的理想选择。” “我们研究的是一种减小输入电容器尺寸的技术。

他补充说：“取决于输入电压和输出所需的能量，需要更多的输入电容。” “就性能而言，这与您要维持的输入电压范围以及您要提供的输出功率有关。”

电容器中存储的能量与电压和电容的平方成正比，小于一倍的1/2。Smith表示：“对于高压线路[176–264 VAC]，我们需要较少的电容，对于低压线路[90–132 VAC]，我们需要4倍以上的电容。” Smith说。

大容量电容器必须足够大，以承受宽输入电源范围（即264 VAC）中的高压，这意味着大约一个400 V电容器。Smith表示：“问题是400 V的大容量电容器比160 V的大容量电容器要大得多。” “我们进行了并排比较，一个10 µF的400 V电容器的尺寸与一个100 µF的160 V电容器的尺寸大致相同，而对于65 W的功率，通常需要100 µF的电容。供应。因此，这就是问题所在，这就是为什么大容量电容器如此之大的原因。它既提供了高电压又提供了高电容。”

要求高压和高电容电容器具有宽输入范围，从而使该组件变大。Power Integrations通过将尺寸减小到最小来引入了集成解决方案。

电容控制器

迷你电容是一个智能控制器，可确定输入电压是否足够低，以为电路增加容量。这样做的好处是我们有一个小的高压电容器和一个更大，更快的低压值。这使您可以大大减少大容量电容器所占用的空间。

“这的另一个优点是，我们现在已经消除了电路中最初看到的大部分电容，并减小了浪涌电流，这与大容量电容器的尺寸有关，” Smith说。“因此电源看到的浪涌电流要低得多。这意味着我们可以避免在电源输入级上安装浪涌限制器和其他保护电路，从而实际上可以提高效率。”

浪涌电流与大容量电容器的尺寸成正比，因此与输入电压成正比。较大的浪涌电流会导致输入整流器承受更大的压力。因此，需要良好的鲁棒性来承受浪涌电流。通常，设计人员在输入级上插入一个浪涌电流限制器，一个热敏电阻或其他等效器件，以通过将浪涌电流降低90％以上来限制浪涌电流。使用MinE-CAP，无需引入浪涌电流滤波器，从而保持了高效率。

浪涌电流在短时间内可能为100 A，对整流器产生强烈的热冲击。热敏电阻旨在为其通道提供高阻抗。

迷你电容技术在25 W至75 W的最佳功率下工作，非常适合仅需要快速充电的市场区域。Smith表示：“根据应用的不同，我们实际上可以将整个电源的尺寸减少多达40％。”

图2：MinE-CAP在低线路电压时添加了低压电容器，并在电压增加时将其移除。（来源：Power Integrations）

 

图3：MinE-CAP将大容量电容器的尺寸减小了50％。（来源：Power Integrations）

微型电容封装提供了良好的热连接，同时将热量降至最低，从而保护了设备。

MinE-CAP得益于PowiGaN氮化镓晶体管的小尺寸和低R DS（on），可根据交流线路电压条件主动并自动连接和断开大容量电容器网络的各个部分。MinE-CAP极大地减少了高压存储组件的数量，并保护了低压电容器免受主电源电压波动的影响，从而在降低系统维护和产品退货的同时，显着提高了鲁棒性。

编辑：hfy