AC/DC 解决方案如何实现空间受限应用的效率提升

低碳时代正在引领芯片向更小、更高效的方向发展。开关电源在80年代替代线性电源之后，电源效率得到了极大的提升，尺寸也大大减少。随着开关电源在各个应用上的不断发展和消费者对便携性的要求，开关电源继续朝着小型化， 轻量化的趋势发展。

本系列文章将分上、下两篇来讨论引领潮流的 AC/DC 解决方案。上篇将介绍无碳时代以及设计人员在使用传统电源解决方案时面临的问题；下篇将讨论高效率AC/DC 解决方案如何实现空间受限应用的效率提升。

近年来，碳达峰、碳中和“3060”目标开启了低碳新时代，随着节能减排的要求越来越严，人们对环保节能低耗绿色提出了更高要求， 对开关电源的能效标准也越来越严。比如，欧盟执委会最新的 CoC V5 六级能效标准第二阶段，美国能源部 DoE6 六级能效都对空载功耗、效率提出了更高的要求，来达到节能减排的目的。

开关电源的挑战不断升级

提高开关频率可以大大减少无源器件的尺寸，包括电感、电容及变压器。对于 AC/DC 离线开关电源，其输入端是50Hz/60Hz 230V的交流输入，高电压的高频切换产生的开关损耗限制了其开关速度，传统700V硅功率器件从开始的30kHz发展到现在200kHz，已经碰到 Si 的物理瓶颈。

在 AC/DC 电源中，除了高压功率器件的开关频率限制，隔离变压器的高频化设计也要兼顾安全和效率，随着频率的增加，单位体积散热的增加也大大制约了频率的提升。

提高效率成为必经之路

高效率是小型化的必要途径， 它不但可以减少损耗，同时还能减少散热， 给高频小型化提供了必要的条件。只有效率提升了，单位体积散热减少，同时通过高频化设计，功率密度才会大大的提升。

有源钳位反激等新型开关拓扑也可以提高效率。这些拓扑消除了隔离变压器以及第三代半导体功率器件的启动损耗并实现了漏感恢复。快速关断开关损耗也可以降低至几近忽略的水平。而提高效率并提高电源频率又可以实现更小的封装。

MPX2001 是一款集成了原边调节 (PSR) 和副边调节 (SSR) 的一体化反激式控制器。该器件集成了原边驱动电路、副边控制器和同步整流 (SR) 驱动器，而且无需反馈电路，因此实现了BOM极简的小尺寸综合解决方案。MPX2001采用 SOICW20-19 封装和 SOICW20 封装以实现设计的灵活性。其先进的保护功能包括原边过流保护 (POCP)、欠压锁定保护 (UVLO)、副边输出过载保护 (OLP) 和短路保护 (SCP)。 图 1 显示了MPX2001 的典型应用。

图1: MPX2001 典型应用

提高效率还有其他方法，例如采用 GaN 或 GaN+ 拓扑（参见图 2）。

图 2：新型 GaN+ 拓扑对效率的提升

作为AC/DC 领域的前沿制造商，MPS 提供的产品始终引领潮流，覆盖范围从 1W 到 1000W 不等（参见图 3）。

图 3：MPS的AC/DC电源解决方案

结论

随着世界趋向于碳中和，更小尺寸、更有效的高效率电源需求日益增长。MPS凭借着小尺寸、高效率的 AC/DC 电源（例如MPX2001 ）产品，帮助设计人员轻松面对越来越严苛的要求。本文介绍了电源设计人员所面临的难题，以及缓解这些问题的一些高阶方法。本系列文章的下篇将带您深入了解MPS的最新产品，展示我们如何直面这些挑战。

审核编辑：彭菁