具有Dialog零电压开关的电源的高功率密度

Dialog Semiconductors 的新型数字零电压开关 (ZVS) 芯片组允许以小尺寸开发超过 100 W 的高功率密度电源。

系统效率的热约束限制了 AC/DC 转换器，但专有的 ZVS 技术减小了尺寸并提供低 BOM 成本，从而允许使用更小的电源。

《电力电子报》专访了Dialog半导体AC/DC产品营销总监Tony Lai。他解释说，Dialog 的 ZVS 或零电压开关技术用于显着降低电源的开关损耗，他补充说：“这种获得专利的方法可以智能地使 ZVS 控制适应整个电路条件。这可在负载和输入电压范围内实现高效率，尤其是与 Dialog 的自适应多模式控制结合使用时，可帮助设计人员创建尺寸缩小 30% 至 50% 的高功率密度 PSU，”Lai 评论道。

电源 ZVS

Dialog 的 ZVS RapidCharge ^TM解决方案包括 iW9801 初级侧控制器和 iW709 次级侧 USB PD 协议 IC。该芯片组提供完整、易于使用的高功率密度 AC/DC 充电解决方案、高达 94% 的效率和先进的保护功能，可在小物理充电器尺寸中以安全、凉爽的操作实现大功率充电。iW709 将 USB 供电 (USB PD) 3.0 接口控制器与同步整流器 (SR) 控制器和 USB Type-C 断开 NFET 驱动器集成到一个设备中。

“iW9801 凭借其创新的 ZVS 技术采用高达 200kHz 的更高开关频率，因此 PSU 设计人员可以使用更小的变压器和更小的无源元件，从而减小充电器的尺寸、重量和成本。尽管传统设计中较高的开关频率会导致较高的初级 FET 开关损耗，但我们的 ZVS 技术在多模式控制 (MMC) 下运行，主开关 ZVS 在高线电压下导通，以实现低开关损耗和低 EMI，”赖说.

iW709 二次侧 IC 中的二次侧数字补偿环路可确保稳定性，无需额外的补偿元件，而二次侧 IC 上的集成同步整流器控制器进一步减少了整体元件数量和成本。这减小了 PSU 设备的外形尺寸。 

图 1：用于 USB PD 充电器的完整 ZVS 2 芯片解决方案（来源：Dialog）

“我们的 ZVS 芯片组中的次级侧 IC 使用内置数字补偿回路进行输出电压和电流调节，以确保稳定性，”赖评论道。“输出电压和电流由一个 10 位 ADC 采样，并发送到数字补偿器进行管理。这消除了对外部补偿电阻器和电容器的需要，简化了 PSU 设计，缩短了开发周期，并有助于进一步降低 BOM 尺寸和成本。”

Dialog 的自适应多模式控制 (MMC) 使用 PWM、PFM 和突发模式控制，根据输入电压和限流检测电压动态改变 MOSFET 开关频率，从而实现高达 94% 的高整体效率，比典型操作高 88% 以上范围。 

Tony Lai 强调，Dialog 的 ZVS 技术可在高交流输入电平（例如 230Vac）下提供高效率，这是使用传统反激式 PSU 难以实现的。“在空载时，我们的 ZVS 解决方案的功耗可低于 20mW，是一种非常环保的解决方案。”

PSU 设计的主要挑战之一是 PSU 中可能产生的可听噪声，尤其是在轻负载时。“除了效率优势之外，ZVS 技术还通过将开关频率保持在可听频段（10Hz 至 20kHz）以上，从而在较轻负载下防止可听噪声，”Lai 说。

该芯片组为过压 (OVP)、过流 (OCP)、用户可配置的过热、击穿、短路 VSENSE/ISENSE 掉电/掉电、短路和额外的 OCP 提供强大的保护和初级侧的 OVP。Dialog 的 ZVS 芯片组支持大多数快速充电协议，包括带有可编程电源 (PPS) 的 USB PD 3.0 和其他第三方专有协议。 

审核编辑：刘清