PI兩大新品齊發(fā)，讓中功率電源設(shè)計(jì)更高效節(jié)能

隨著綠色電子產(chǎn)品的發(fā)展，功率因數(shù)校正（PFC）現(xiàn)已成為電源設(shè)計(jì)人員面臨的重要任務(wù)。由于電源中使用的電容和電感，會(huì)在電流和電壓之間產(chǎn)生相位變化，從而導(dǎo)致輸電線產(chǎn)生功率損耗，并可能干擾連接到交流電源的其他設(shè)備。因此，許多國(guó)家和地區(qū)要求輸入功率大于75W的電源，都要使用PFC電路來減少這種影響。但是，額外增加的前級(jí)PFC開關(guān)電路又會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的效率。

為了應(yīng)對(duì)這種兩級(jí)電源效率的挑戰(zhàn)，近日全球領(lǐng)先的高壓集成電路供應(yīng)商Power Integrations（以下簡(jiǎn)稱“PI”）開發(fā)出了適用于270W應(yīng)用的HiperPFS?-5 IC，以及節(jié)能型HiperLCS?-2芯片組。據(jù)悉，這兩款I(lǐng)C產(chǎn)品不僅具有極低的空載功耗，還可在封閉式適配器無需散熱片的情況下使200W以上的應(yīng)用維持較高效率。

接下來，讓我們一起來看看這兩款I(lǐng)C產(chǎn)品到底有多香！

新品一：高效準(zhǔn)諧振HiperPFS?-5 IC

相較于傳統(tǒng)的硅器件，氮化鎵器件的開關(guān)速度更快、通態(tài)電阻（R_DS-ON）更低、驅(qū)動(dòng)損耗更小，尤其是在小型化電源等需要更高頻率的應(yīng)用場(chǎng)合中，氮化鎵器件具有無可比擬的高轉(zhuǎn)換效率和低發(fā)熱特性。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，PI借助自家獨(dú)特的芯片制造工藝，完美地將氮化鎵功率器件合封于HiperPFS?-5 IC中。

據(jù)PI技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan介紹，HiperPFS?-5 IC內(nèi)部集成了750V PowiGaN?氮化鎵開關(guān)，具有可變頻率、準(zhǔn)諧振（QR）、非連續(xù)工作方式（DCM）等特點(diǎn)。這在提升產(chǎn)品效率、保障穩(wěn)定性的同時(shí)，還可大大降低PFC前級(jí)變換所占用的空間，利于實(shí)現(xiàn)高功率密度的電源設(shè)計(jì)。

或許有人對(duì)PowiGaN?還不太了解，其實(shí)這是PI公司自行研發(fā)的氮化鎵技術(shù)。在PI高度集成的離線反激式開關(guān)IC中，PowiGaN?開關(guān)替代了初級(jí)側(cè)的傳統(tǒng)硅晶體管，從而可以大幅降低開關(guān)損耗。與硅器件相比，PowiGaN?產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)體積更小、重量更輕、效率更高的充電器、適配器和敞開式電源設(shè)計(jì)。

“基于PowiGaN?的HiperPFS?-5 IC，在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的效率高達(dá)98.3%；在無需散熱片的情況下，可提供高達(dá)240W的輸出功率，并可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于0.98的功率因數(shù)?！盝ason Yan補(bǔ)充道。

所謂功率因數(shù)，其實(shí)就是交流電中的有功功率與視在功率之間的比值。它正好是功率直角三角形中的臨邊（有功功率）與斜邊（視在功率）的比值，這個(gè)值就是其余弦值，即COSφ=P/S。

如下圖所示，這個(gè)余弦角就是有功功率和視在功率之間的夾角。根據(jù)余弦的特點(diǎn)，其角度越小，其值就越大。當(dāng)這個(gè)夾角為零時(shí)，其值就是“1”最大。所以，我們要盡量減小這個(gè)夾角，以此獲得功率因數(shù)的提高。

而功率因數(shù)的提高，不僅可以提高有功功率在總功率的所占比重，還能提高電源的利用率，盡量減少在輸入線上所產(chǎn)生的無用損耗。因此，作為正弦交流電的負(fù)載，它的功率因數(shù)越大越好，越接近1越好。

而此次PI推出的HiperPFS?-5 IC，在滿載時(shí)可提供高于0.98的功率因數(shù)（PF）。在輕載下，創(chuàng)新的功率因數(shù)增強(qiáng)（PFE）功能可以減小輸入EMI濾波電容對(duì)功率因數(shù)的影響，即使在20%負(fù)載下也能保持0.96的高PF，且空載功耗僅為38mW。另外，HiperPFS?-5 IC還可在高達(dá)305VAC的輸入電壓下保持高功率因數(shù)，由于其750V耐壓的氮化鎵開關(guān)，可在輸入電壓驟升至460VAC期間連續(xù)工作。

基于以上特點(diǎn)，HiperPFS?-5 IC非常適合高功率USB PD適配器、電視機(jī)、游戲機(jī)、PC一體機(jī)和家電應(yīng)用。

新品二：節(jié)能型HiperLCS?-2芯片組

作為PI推出的另一款重磅產(chǎn)品，HiperLCS?-2芯片組同樣具有領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來看，HiperLCS?-2芯片組主要由兩大部分組成，即一個(gè)隔離器件和一個(gè)獨(dú)立半橋功率器件。

根據(jù)官方資料顯示，其中的隔離器件內(nèi)部集成了高帶寬的LLC控制器、同步整流驅(qū)動(dòng)器，以及FluxLink?隔離控制鏈路；而獨(dú)立半橋功率器件則采用的是PI獨(dú)特的600V耐壓的FREDFET開關(guān)，具有無損耗的電流檢測(cè)，同時(shí)集成有上管和下管的驅(qū)動(dòng)器。

“將先進(jìn)的FREDFET和磁感耦合的FluxLink技術(shù)應(yīng)用于LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)不僅可以極大簡(jiǎn)化LLC諧振功率變換器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，還能使LLC變換級(jí)效率達(dá)到98%，并且使整個(gè)負(fù)載范圍維持恒定。”Jason Yan解釋說。

據(jù)了解，這兩款器件采用的均是超薄的InSOP?-24封裝。相較于分立方案設(shè)計(jì)，這種高度集成度的HiperLCS?-2芯片組在220W連續(xù)輸出功率、170%峰值功率能力的適配器設(shè)計(jì)當(dāng)中無需使用散熱片和可靠性不高的光耦，從而可以減少高達(dá)40%的元件數(shù)量。

另外值得一提的是，基于HiperLCS?-2芯片組的電源設(shè)計(jì)，可在400VDC輸入下實(shí)現(xiàn)低于50mW的空載輸入功率，并且提供持續(xù)的高精度輸出，輕松符合全球最嚴(yán)格的空載和待機(jī)效率標(biāo)準(zhǔn)。

除此之外，HiperLCS?-2器件還可在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)維持恒定的高效率性能，其極低的自身功耗只需要使用FR4的PCB板直接進(jìn)行散熱即可。

總之，PI推出的兩款全新IC產(chǎn)品系列，足以堪稱行業(yè)標(biāo)桿。如果將其搭配使用的話，電源設(shè)計(jì)人員可以輕松超越嚴(yán)格的效率標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)將物料清單縮減一半，設(shè)計(jì)出精致小巧的超快速充電器。