近日,深耕于高压集成电路高能效功率转换领域的知名公司Power Integrations公司(纳斯达克股票代号:POWI)发布适用于高功率密度、通用输入AC-DC变换器的MinE-CAP IC。这种新型IC可将离线电源所需的高压大容量电解电容器的尺寸减半,使得适配器的尺寸最多缩小40%。
经常看充电头网拆解的网友应该了解,如今的充电器,采用GaN方案之后,成功减小了适配器内部初级开关管以及散热片的体积,但是一成不变的是硕大的初级滤波电解电容,在65W适配器内部,通常采用一颗400V耐压,120μF的电解电容来做输入滤波,或采用多颗小容量的并联,这些电容占据了适配器内部很大空间。
这是一个65W GaN适配器的拆解,图中3颗33μF 22μF电解电容组成121μF初级电容容量,可以看到电容的体积还是相当可观的,尽管采用了小板焊接组装的立体工艺,但是仍占据了充电器的大概1/4体积。
为了保证宽电压适配器在90-115V输入时仍然能保证足够的输出功率,就需要足够的电容容量来平滑整流电路输出的纹波电压,简单来说,我国市电220VAC环境下,65W的适配器,只需要一个400V39μF的电解电容来滤波就够了,但是考虑到宽电压输入,就需要一个400V120μF或者更大的电容才可以满足低压输入下的输出功率。
我们用400V高耐压的电容,在220VAC输入时,并不需要120μF的容量,在110VAC输入时,又不需要有400V的耐压,那么我们想要在220VAC输入的时候,只使用400V39μF的电容,110VAC输入的时候,再并联一个160V100μF的电容去满足初级滤波容量的需要,在之前是不可能的。
PI最新推出了一款MinE-CAP的器件,其内置PowiGaN氮化镓开关管,利用其体积小并且低导阻的特性,主动、自动连接和断开低压电容。这款器件让220VAC输入时采用一颗400V39μF,110VAC输入时自动并联一颗160V100μF电容满足输出需求成为了可能。
MinE-CAP名称的中文含义就是电解电容最小化,使用一颗小体积高压小容量的电解电容,配合一个小体积低压大容量的电解电容,来取代适配器里大体积高压大容量的电解电容。
通过对比图片可以看出,通过22μF 2×47μF低压电容的组合,体积为原有400V100μF电容体积的一半,节省空间的效果非常明显。
上面介绍了PI MinE-CAP通过优化电容来节省适配器空间的最明显的好处,下面继续介绍其他关于PI MinE-CAP的优点。
我们对于适配器插入电源时打火并不陌生,这个打火是交流输入通过整流桥为适配器内置高压电容充电造成的,为了减小冲击浪涌电流保证适配器不被过电流损坏,适配器输入端都会加一颗NTC负温度系数热敏电阻,在适配器接入电源时,电阻最大,可以减小冲击电流,适配器工作时,电阻产生温升,电阻减小。这个办法是减小浪涌最简单有效的办法,但是这颗电阻在适配器工作时,会消耗能量降低效率,同时还有热惯性,在突然断电又通电的情况下起不到保护作用。
PI MinE-CAP的加入,可以减小高压应用下为低压输入所冗余的电容容量,从而减小冲击电流,以至于不需要NTC热敏电阻,还提高适配器转换效率。并且PI MinE-CAP可与InnoSwitch3/Pro系列器件完美的协同工作,由InnoSwitch器件供电。
MinSOP-16封装仅为小巧的InnoSwitch采用的InSOP-24封装一半的体积,更加小巧,有效节省适配器内部空间。
图为PI DER-626 卡片大小的65W PD适配器设计,通过PI MinE-CAP器件,采用400V39μF的电容与160V100μF电容组合,降低厚度减小体积,实现15mm超薄的适配器外形。
PI MinE-CAP还有一个优点,加入这颗元件时,无需重新设计变压器,使用原有的设计,加入PI MinE-CAP,即可从四颗并联的电容变成两颗,或者一颗大电容变成两颗小电容,有效减小适配器体积,并且大幅减小适配器通电的浪涌电流,去掉NTC电阻,提高整机转换效率,减小体积,提高产品整体竞争力。
MinE-CAP MIN1072M IC现已开始供货,客户可随时从PI办事处和特许分销商处订购,基于10000片的订购量单价为1.75美元。同时,还推出了两份全新设计范例报告(DER),它们均采用MinE-CAP IC和Power Integrations的InnoSwitch3-Pro系列PowiGaN IC(型号INN3370C-H302)。DER-626是一款适用于手机/笔记本电脑充电器的提供3.3V – 21V PPS输出的65W USB PD 3.0电源。DER-822是一款使用INN3379C-H302设计的、适用于USB PD/PPS电源适配器的60W USB PD 3.0电源。
同时,PI MinE-CAP器件也能和纳微,TI,安森美等品牌的GaN器件搭配使用,其他方案的GaN适配器也能享受到减小体积,提升效率的好处。