使用MinE-CAP减少电源供应可提高系统效率

Power Integrations 宣布了其最新的MinE-CAP 技术，这是一种用于具有通用输入的高功率密度 AC/DC 转换器（电源）的解决方案。除了减小高压电解电容器（大容量电容器）的尺寸以及适配器的整体尺寸高达 40% 外，MinE-CAP 还大幅降低了浪涌电流，从而无需 NTC 热敏电阻，从而提高系统效率并减少散热。

电解电容器占用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，从而随着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提高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，而且解决了与高频设计相关的额外 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。

一个字：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，他们想要能够承受更高功率密度的更小充电器。从 2.5 W 到 65 W 的宽功率范围需要新的复杂算法，以通过动态精细电压和电流调整来跟上市场需求。

GaN 技术的实施使得通过充分利用其热特性来减少散热器成为可能。“除了 GaN，在谈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 Andrew Smith 说。“当你想让通路更小时，你必须增加开关频率。因此，我们将在市场上看到的许多应用将开关频率推高。

“PowiGaN 开关无需散热器或散热器即可提高效率，”他补充道。“与此同时，InnoSwitch3 设备引入了热折返，没有角落情况限制和快速充电的峰值功率。”

通过增加开关频率 （》300 kHz），可以减小变压器尺寸，但此过程可能会 为实际反激实现带来热、EMI 和效率问题，并引入其他组件来减轻这些影响。“这也意味着在机械上，很难构建电源，因为你现在有更多的组件，”史密斯说。

开关频率的增加带来了滤波器的增加，以减少缓冲器和开关损耗，从而失去了之前创造的一些尺寸优势。“需要考虑的初级侧 ［图 1 ］的另一个组件是输入电容器 ［大容量电容器］，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。

“它是一个巨大的组件，可以控制峰值功率并成为进一步缩小电源尺寸的理想选择，”Smith 说。“我们研究的是一种减小输入电容器尺寸的技术。

“根据输入电压和输出所需的能量，需要更多的输入电容，”他补充道。“因此，就性能而言，一切都与您试图维持的输入电压范围以及您试图提供的输出功率有关。”

存储在电容器中的能量与电压和电容的平方成正比，小于 1/2。“对于高压线 ［176–264 VAC］，我们需要更少的电容，而对于低压线 ［90–132 VAC］，我们需要增加 4 倍的电容”，Smith 说。

大容量电容器必须足够大，以承受宽输入电源范围内的高压 — 即 264 VAC，这意味着大约一个 400 V 的电容器。“问题在于，400 V 的大容量电容器比 160 V 的大容量电容器大得多，”史密斯说。“我们进行了并排比较，10-µF 400-V 电容器的尺寸与 100-µF 160-V 电容器大致相同，而 100-µF 的电容器通常需要大约 65-W 的功率供应。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；它提供了高电压和高电容。”

需要高压和大容量电容器具有较宽的输入范围，从而使该组件变大。Power Integrations 推出了一种通过将尺寸减小到最小的集成解决方案。

电容控制器

迷你电容是一种智能控制器，它决定输入电压是否足够低以增加电路的容量。这样做的好处是我们有一个小而高压的电容器和一个更大、更快、低压值。这使您可以大幅减少大容量电容器占用的空间量。

“这样做的另一个优点是，我们现在已经去除了最初在电路中看到的大部分电容，并降低了浪涌电流，这与大容量电容器的尺寸有关，”史密斯说。“因此，电源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，因此我们实际上可以提高效率。”

浪涌电流与大容量电容器的大小成正比，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，需要良好的鲁棒性以承受浪涌电流。通常，设计人员会在输入级插入浪涌电流限制器、热敏电阻或等效物，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，从而保持高效率。

短时间内涌入电流可能为 100 A，从而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 之间效果最佳，非常适合仅需要快速充电的市场领域。“我们实际上可以将整个电源的尺寸减少约 40%，具体取决于应用，”史密斯说。

图 2：MinE-CAP 在低线电压时添加低压电容器，并在电压升高时移除它们。

图 3：MinE-CAP 将大容量电容器的尺寸减小了 50%。

迷你帽封装提供良好的热连接，同时最大限度地减少热量，从而保护设备。

MinE-CAP 受益于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自动连接和断开大容量电容器网络的各个部分。MinE-CAP 显着减少了高压存储组件的数量，并保护低压电容器免受市电电压波动的影响，显着提高稳健性，同时减少系统维护和产品退货。

审核编辑：郭婷