AC/DC转换器解决方案

对更大节能的需求不断增加。对于产品设计人员来说，这意味着要关注功率器件的关键参数，包括高效率和低待机功耗。对于 AC/DC 转换器，能量传输和转换需要仔细设计以及通过测试和测量进行优化。

AC/DC转换器的目的是将输入的交流信号转换为可变的直流电压，然后通过滤波器对其进行优化，以获得未稳压的直流电压。AC/DC转换器主要用于消费类设备、医疗设备、工业和过程控制系统、测量设备、半导体制造设备和国防应用。

例如，在智能家居中，功率设备实现了用于 AC/DC 转换的高效硬件，旨在减少能量损失并显着节省成本。智能家居和智能办公室需要具有许多节点、执行器和低功耗“始终开启”传感器的网状控制系统。

AC/DC 转换器的开发和选择可能成为真正的挑战。然而，业界提供越来越多的集成创新功能并缩短开发时间的集成电路。

选择 AC/DC 设备

AC/DC 控制器的选择与几个因素有关。拓扑、控制算法和性能只是其中一些关键方面。

保护功能也是电力系统中必不可少的安全性和可靠性方面。有几种类型的保护，包括与输入(过压和输入压降)、输出(过载、短路、反向电压和过压)和温度(过热和环境温度升高)相关的保护。很多时候，为了满足特定要求，高度集成的解决方案通常比分立元件提供更高的性能和更低的功耗。

AC/DC 转换器通常需要良好的开关来实现高能效。这可以通过碳化硅 (SiC) 等创新工艺和技术来实现。

每个设备总是受到可变性的影响，但精心设计的系统必须为这些裕量提供稳健性。使用高度集成的 AC/DC 转换器减少了设计误差的可变性，并允许鲁棒性和参数容差。

解决方案

一个例子是 RECOM Power GmbH 的低功率 AC/DC 产品组合的最新成员，即用于家庭和 ITE 应用的 RAC04-K/277 模块。提供 4kV 绝缘和 –40°C 至 90°C 的工作温度，使其适用于各种工作条件。这些模块提供高达 150% 的峰值负载能力，以满足动态功率要求。此外，这些模块还提供 80 VAC 至 305 VAC 的输入电压范围，可满足所有地域要求。

RAC04-K/277 AC/DC 模块还为浮动输出提供了增强的 II 类隔离等级，并且在没有外部组件的情况下具有 B 类排放合规性的宽裕度，这使得它们易于安装(图 1)。

图 1：RECOM RAC04-K/277 系列(图片：RECOM)

RECOM 还提供 3-W 解决方案 RAC03-K，适用于广泛的工业应用。两种解决方案都支持 Ecodesign Lot 6 待机模式操作，适用于自动化、工业 4.0、物联网和家庭自动化领域的全球应用。

ROHM Semiconductor 的 BM2SCQ12xT-LBZ 系列 AC/DC 转换器针对工业应用进行了优化，包括用于大功率设备的逆变器。该系列集成了 1,700-V SiC MOSFET，与现有的硅功率器件相比，可提供更高的能效、小型化和更高的电压容量。低压 SiC MOSFET 和 IGBT 的使用限制了辅助电源的节能量。

该系列通过解决设计人员使用分立解决方案遇到的许多问题，促进了 AC/DC 转换器的高效设计。与传统设计相比，这些器件减少了所需的部件数量(从 12 个部件加散热器到单个 IC)，这要归功于集成的 SiC MOSFET 和优化的控制电路。

该设备将能源效率提高了 5%(并将功率损耗降低了 28%)。这些特性可在工业应用中大幅减小尺寸、提高可靠性和出色的节能效果(图 2)。

图 2：ROHM 的 BM2SCQ12xT-LBZ 的典型应用电路(图片：ROHM Semiconductor)

Infineon Technologies AG 的最新一代 AC/DC CoolSET 集成功率级是通过在 DIP 封装 7 和 DSO-12 中集成其最新系列 CoolMOS P7 700-V 和 800-V 超结 MOSFET 实现的。

准谐振 CoolSET 系列集成智能数字算法，允许脉宽调制 (PWM) 控制器优化不同交流线路输入工作条件下的开关频率变化。该系列适用于开关模式电源 (SMPS) 应用，例如家用电器(例如洗衣机、冰箱和空调)、机顶盒、LCD/LED 显示器、电信/服务器、和通用电源，最大输出功率高达 43W。

基于 Power Integrations 氮化镓 (GaN) 的 AC/DC 转换器在满载时提供高达 95% 的效率。所有三款器件(InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP 和 InnoSwitch3-Pro)都将初级、次级和反馈电路整合到一个表面贴装封装中。InnoSwitch3-CP 和 -EP 变体是硬件可配置的，而 InnoSwitch3-Pro 具有用于软件设定点控制、异常处理和安全模式的数字接口(图 3)。

图 3：Power Integrations 的 InnoSwitch3-Pro 的典型应用电路(图片：Power Integrations)

STMicroelectronics 的高压 AC/DC 转换器集成了先进的 PWM 控制器和高压功率 MOSFET，适用于 SMPS。该产品组合由 VIPer、VIPerPlus 和 Altair 系列组成，提供多种拓扑选择，包括具有隔离或非隔离实现的近谐振、反激和降压配置。

VIPer 系列提供 700-V HV 垂直功率 MOSFET，而 VIPerPlus 系列具有坚固的 800-V 功率 MOSFET 和最先进的 PWM 控制器，待机功耗低于 30 mW(265 VAC 时)。Altair 系列集成了一个 900V MOSFET 和一个 PWM 控制器，专为无需光电元件的实施而设计，从而减少了元件数量。

Dialog Semiconductor 的 AC/DC 转换器为嵌入式系统提供独立的数字控制器和数字控制器，这些控制器采用 PrimAccurate 和 AccuSwitch 技术，可减少外部组件的数量。Dialog 的数字控制内核通过将空载功耗降至几乎为零并通过实时波形分析改善负载和线路调节来提高能效。

一个例子是 Dialog 的 iW673 同步整流器控制器，它模拟反激式次级侧的二极管整流器与 MOSFET 相结合，以减少传导损耗。该功率器件采用专有的自适应数字关断控制技术。这最大限度地减少了同步整流器的关断时间，从而可以消除传统同步整流器所需的并联肖特基二极管。控制器的工作功耗，不包括驱动器，在空载时小于 4 mW(图 4)。

图 4：Dialog Semiconductor 的 iW673 的典型应用电路(图片：Dialog Semiconductor)

结论

对稳健性、可靠性和效率的日益增长的需求导致了创新电源技术和组件的发展。碳化硅就是其中一种技术。SiC技术通常用于大功率和高压领域，也可以成功地用于小功率AC/DC转换器，而不是更常见的硅MOSFET。这些新解决方案提高了效率，减少了开关损耗和散热，因此减少了对笨重且昂贵的散热器的需求。

设计人员还需要考虑全球法规和标准。电源需要遵守许多涉及复杂且成本高昂的测试和测量活动的法规和认证。例如，对于集成 AC/DC IC 的 AC 适配器，需要 CE 认证，而在关注噪声的应用中，通常需要 EMI/EMC 合规性。

审核编辑：汤梓红