安森美半导体的高频准谐振反激式参考设计实现超高功率密度紧凑适配器

2016-08-01 10:39

为提供更佳的用户体验,笔记本电脑及其适配器不断向小型化、高功率密度化方向发展,便于消费者外出时携带更方便,同时,还需具备高平均能效和极低待机功耗,以符合日趋严格的各种能效法规。如于201611日生效的欧盟CoC V5 Tier 2 规定,输出功率为45 W65 WAC-DC适配器平均能效需分别达到87.7%89%,待机功耗分别低于75 mW150 mW,并且还要求10%负载条件时的能效需分别达到77.7%77.5%。电源设计工程师面临体积、能效和成本等多方面的设计挑战。


1. AC-DC 适配器能效法规一览

开关频率直接决定开关电源的功率密度,提高开关频率可有效地减小无源功率器件如变压器、输出电容的尺寸,从而提高功率密度;高功率密度应用仅满足能效规范远远不够,因为体积减小时,散热面积也相应减少,需提高能效以减少发热,减小对内部元器件寿命的影响;此外,工程师需将成本控制在合理范围内,以在竞争激烈的市场处于有利地位。

准谐振反激 + 同步整流 = 高功率密度适配器

LLC拓扑结构可提供高频率和高能效,但其成本较高,且对输入电压范围有严格要求,不适用于笔记本电脑这一功率等级。采用准谐振反激式拓扑加上同步整流(SR)可轻松地设计出满足体积、能效、成本等要求的高功率密度适配器,如安森美半导体的高频准谐振反激式控制器NCP1340/1+SR控制IC NCP4305/80

准谐振模式允许使用相对大的缓冲电容Clump,额外增加的Clump (10-22pF)可以减少MOS管关断损耗,减少电磁干扰(EMI)。准谐振反激有利于次极端加SR,可降低整流二极管导通损耗,减少次极端整流管尖峰电压,降低其耐压要求。



1. 准谐振模式允许使用相对大的缓冲电容Clump

准谐振式反激电源损耗分析和设计要点

分析准谐振反激损耗旨在提高工作频率后再减少功率损耗。准谐振反激电源的损耗主要分布在初级MOSFET、尖峰吸收电路、变压器和输出整流。


2. 准谐振反激电源的损耗分布

1.初级MOSFET损耗分析

初级MOSFET损耗主要包括导通损耗、开关损耗和驱动损耗。导通损耗由漏源导通阻抗Rds(on)和初级端均方根电流定义。对于开关损耗,由于MOSFET的结电容与其Vds电压成非线性比例,所以不能用简单的电容储能公式计算,需要将实际的结电容考虑进去,结电容可理解为MOSFET DS 网络间等效的除了MOSFET内部的结电容外的其它电容。驱动损耗在开关频率较低时可以不作考虑,但在高频应用中不能忽略,它在MOSFET导通和关断时产生,主要取决于MOSFET总门极电荷Qg、开关频率和IC工作电压Vcc,损耗大部分消耗在驱动电阻上。

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