Helix 的 MuxCapacitor 电压转换 IP

作者：Maurizio Di Paolo Emilio，特约作家

MuxCapacitor 是 Helix Semiconductors 开发的专有电压转换技术。由于其高效率，MuxCapacitor 转换 IP 允许 Helix 构建高度集成的电源 IC，可用于需要 AC/DC 或 DC/DC 电源转换的各种应用。通过通过高压 SOI CMOS 工艺实施这项技术，这些器件可以支持高达 400 VDC 的输入电压，适用于大多数需要从交流电转换为直流电的应用。AC/DC 转换器适用于开发带变压器和不带变压器的电源解决方案，确保两种情况下的平均端到端效率均超过 95%。

MuxCapacitor 技术也被证明在管理无负载条件下的功耗方面特别有用。当负载吸收为零时，专有 IP 的吸收小于 5 mW，而不会对输出电压值产生任何影响，输出电压值保持在所需值。

Helix Semiconductors 开发的另一个重要器件系列涉及 DC/DC 转换器，主要针对中间电压转换应用。这些转换器的输入电压介于 24 VDC 和 60 VDC 之间，平均效率超过 94%，并且在没有小于 5 mW 的负载的情况下吸收。

Helix AC/DC 电压转换器的典型应用如下：USB-C 兼容输出电压、智能插座、物联网和 IIoT 网关、远程传感器以及烟雾和一氧化碳 (CO) 探测器。DC/DC 转换器应用包括电信刀片、数据中心、云服务器和机架、PoE 设备、无线接入点、安全摄像头、VoIP 电话、工业控制器、HVAC 以及 IoT 和 IIoT 网关。

MuxCapacitor 技术概述在过去的几年中，电子设备和应用的激增导致对直流和交流电源管理解决方案的需求不断增长。

为了不断降低工业和消费类应用所需的功率吸收，有必要设计提供非常高效率的解决方案和设备，最大限度地减少损耗和功耗。此外，与现行法规相关的方面，例如那些纯粹的生态方面，在为环境保护做出贡献时不应被忽视。

在这种情况下，MuxCapacitor 技术代表了对传统解决方案的突破。它在所有负载条件下都实现了非常高的效率，同时最大限度地减少了能源浪费。通过 MuxCap 电容转换技术获得的高效率还可以与另一种专有的 Helix 技术相结合：CapIso。CapIso 提供固态电容隔离，无需在 AC/DC 转换器和隔离式 DC/DC 转换器的设计中使用笨重且昂贵的变压器。因此，使用 MuxCap 和 CapIso 技术可以获得简单、紧凑和高效的电源转换解决方案。

以百分比表示的功率效率可通过基于 MuxCapacitor 技术的解决方案获得，如图1 所示。可以看出，蓝色曲线对应于一个非常高的效率值，并且随着负载的变化几乎保持不变（同样，负载以百分比表示）。相反，红色曲线指的是一种基于传统磁性技术的常见解决方案。需要注意的是，第二种解决方案仅在负载使用率超过 50% 的情况下实现了与 MuxCapacitor 解决方案相当的效率值，而对于较低的负载值，效率要低得多。

图 1：MuxCapacitor 解决方案与传统解决方案之间的效率比较。（图片：Helix 半导体）

效率曲线突出了 MuxCapacitor 供电的优势。不仅效率极高，而且在低运行负载下也没有效率损失。Helix MuxCapacitor 芯片组包含多达三个阶段，其中每个阶段消耗的静态工作电流不到 1μA。MuxCapacitor 基于开关电容电荷泵技术，效率超过 98%，适用于隔离式和非隔离式、AC/DC 和 DC/DC、降压或升压电源转换解决方案。

图 2的上侧 显示了与基于 MuxCapacitor 技术的通用降压或升压转换器相关的应用图。可以看出，只需要几个外部飞跨电容和一个连接在输出电压V OUT 和地之间的电容，即可获得紧凑且集成的单级电压转换器。例如，图 2的下侧 显示了外部电容器的两种配置（或网络），通过它们可以分别实现 1.5 或 0.66 的电压增益。

图 2：升压和降压配置中与 MuxCapacitor 转换器相关的应用图。（图片：Helix 半导体）

另一方面，图 3 显示了与 MuxCapacitor 和 CapIso 技术组合使用相关的典型方案。采用 MuxCap 技术构建的 IP 在芯片组的初级和次级侧均实现，而采用 CapIso 技术的内部电路提供电容式屏障。这种类型的解决方案已获得美国保险商实验室 (UL) 在安全方面的批准，它提供了消除对隔离变压器的需求的关键优势。

图 3：MuxCap 和 CapIso 技术的组合使用方案。（图片：Helix 半导体）

审核编辑 黄昊宇