【導(dǎo)讀】額定功率75W以下的適配器可細(xì)分為：輸入濾波器、二極管整流器、輸入輸出電容器、IC控制器、輔助電源、磁性元件、功率器件和散熱器。集成解決方案在縮小和簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)換器方面已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，目前的剩余組件是磁性元件、輸入“大容量”電容器、輸出電容器和 EMI 輸入級(jí)。大量的研究和工程工作集中在高頻交流/直流轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)上，以減小磁性元件的尺寸。然而，輸入大容量電容器占據(jù)與適配器內(nèi)的磁性元件相同或更大的體積。
額定功率75W以下的適配器可細(xì)分為：輸入濾波器、二極管整流器、輸入輸出電容器、IC控制器、輔助電源、磁性元件、功率器件和散熱器。集成解決方案在縮小和簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)換器方面已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，目前的剩余組件是磁性元件、輸入“大容量”電容器、輸出電容器和 EMI 輸入級(jí)。大量的研究和工程工作集中在高頻交流/直流轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)上，以減小磁性元件的尺寸。然而，輸入大容量電容器占據(jù)與適配器內(nèi)的磁性元件相同或更大的體積。
Power Integrations 的新型 IC MinE-CAP 旨在解決通用輸入設(shè)計(jì)的輸入大容量電容優(yōu)化問(wèn)題。利用 Power Integrations 的 PowiGaN 氮化鎵技術(shù)，MinECAP 可以安全地將額定電壓為 160 V 的電容器用于通用輸入設(shè)計(jì)，從而將大容量電容器體積減少高達(dá) 50%。
MinE-CAP 是與低壓電容器（圖 1 中的 CLV）串聯(lián)的低阻抗開(kāi)關(guān)電路。它監(jiān)視 CLV 兩端的電壓，并在輸入線(xiàn)路電壓在閾值附近增加/減少時(shí)連接和斷開(kāi)電容器。MinE-CAP 電路可與高頻功率轉(zhuǎn)換級(jí)配合使用，以限度地節(jié)省空間。
系統(tǒng)注意事項(xiàng)
通用電源適配器的經(jīng)驗(yàn)法則是，當(dāng)設(shè)計(jì)考慮因素低至 90 VAC 時(shí)，直流總線(xiàn)電容值（以 ?F 為單位）選擇為輸出功率要求（以瓦特為單位）的 1.5 至 2 倍。對(duì)于僅高線(xiàn)路應(yīng)用，總電容可以顯著降低。考慮到這一關(guān)鍵概念，MinE-CAP 使設(shè)計(jì)人員能夠顯著減小輸入大容量電容器的尺寸。下圖顯示了典型 MinE-CAP 應(yīng)用的原理圖布局。
圖 1. 典型 MinE-CAP 應(yīng)用
CHV 是高壓電容器（額定電壓為 400 V），通常占總電容的 20% 左右。CLV是低壓電容器（160V），約占總電容的80%。這種電容分割使電容器體積減少高達(dá) 50%，從而使適配器尺寸總體減少高達(dá) 40%。
圖 2. 65 W 適配器的優(yōu)化
在圖 2 中，上圖是典型的 65 W 適配器，需要單個(gè) 400 V、100 ?F 電容器。下圖顯示了在完全相同的 65 W 適配器設(shè)計(jì)中使用 MinE-CAP 所實(shí)現(xiàn)的空間節(jié)省?？傒斎腚娙莘譃閮蓚€(gè) 160 V、47 F 電容器和一個(gè) 400 V、22 ?F 電容器。因此，總電容實(shí)際上增加了 16%，同時(shí)大容量電容器體積減少了 40%。
典型應(yīng)用
設(shè)計(jì)人員可以采用現(xiàn)有設(shè)計(jì)并修改輸入大容量電容器級(jí)，以減少輸入級(jí)占用的空間。這使得他們能夠縮小外殼，或者相反，他們可以在同一外殼中添加更多電容并增加功率。
MinE-CAP 的另一個(gè)設(shè)計(jì)用途是需要峰值功率傳輸?shù)膽?yīng)用。板載協(xié)議芯片越來(lái)越多地與正在充電的設(shè)備進(jìn)行雙向通信。這些芯片通常監(jiān)控并適配器溫度、故障和電力傳輸能力。設(shè)計(jì)人員正在利用這種雙向通信來(lái)提供銘牌功率的 1.5 至 2 倍。這些峰值功率算法顯著縮短了充電時(shí)間。然而，輸入大電容限制了峰值功率傳輸能力。借助 MinE-CAP，可以使用相同的空間顯著增加輸入大容量電容。即使在低壓線(xiàn)路下，這也能延長(zhǎng)峰值功率傳輸。
MinE-CAP 基礎(chǔ)知識(shí)
MinE-CAP 的工作原理是充電和監(jiān)控 CLV 兩端的電壓，僅在需要輸入電容時(shí)才將該電容器引入低交流線(xiàn)路的電路中。MinECAP 設(shè)計(jì)用于根據(jù)需要在每個(gè)線(xiàn)路交流周期期間動(dòng)態(tài)接合和斷開(kāi) CLV。因此，電源可以在整個(gè)指定的輸入電壓范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行。對(duì)于圖 2 中引用的設(shè)計(jì)，有效低線(xiàn)路總大容量電容為 116 ?F，而有效高線(xiàn)路大容量電容為 22 ?F。
當(dāng)系統(tǒng)處于高線(xiàn)路時(shí)，MinE-CAP 通過(guò) VTOP 和 VBOT 測(cè)量 CLV 上的差分電壓。它調(diào)節(jié) CLV 上的電壓，以在發(fā)生線(xiàn)路或負(fù)載階躍時(shí)支持電力傳輸。
MinE-CAP 啟動(dòng)
傳統(tǒng)上，啟動(dòng)時(shí)進(jìn)入大容量電容器的浪涌電流會(huì)影響保險(xiǎn)絲、橋式整流器和電容器的可靠性，因?yàn)樵撾娏鲀H受線(xiàn)路阻抗和輸入濾波器的限制。隨著適配器額定功率的增加，浪涌電流也會(huì)增加，通常需要使用 NTC 熱敏電阻來(lái)保護(hù)保險(xiǎn)絲和二極管電橋。然而，NTC 熱敏電阻降低了系統(tǒng)的整體效率，并為輸入級(jí)增加了熱點(diǎn)。因此，保險(xiǎn)絲和二極管橋通常尺寸過(guò)大，而熱敏電阻尺寸過(guò)小，以限制其對(duì)系統(tǒng)效率的影響。
在 MinE-CAP 設(shè)計(jì)中，80% 的大容量電容在啟動(dòng)時(shí)脫離應(yīng)用。在低壓?jiǎn)?dòng)條件下 (VIN < 150 VAC)，MinE-CAP 對(duì) CLV 執(zhí)行控制的主動(dòng)充電。在低線(xiàn)路啟動(dòng)條件下，在啟用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器之前對(duì) CLV 進(jìn)行預(yù)充電以支持全功率能力非常重要。MinE-CAP IC 將內(nèi)部高壓開(kāi)關(guān)配置為電流源，為 CLV 提供的恒流脈沖充電，請(qǐng)參見(jiàn)圖 3。這種方法允許對(duì) CLV 進(jìn)行快速充電，并確保電源準(zhǔn)備好供電從初始交流線(xiàn)路連接起，不到 250 毫秒即可充滿(mǎn)電。CLV 的這種受控充電允許 MinE-CAP 設(shè)計(jì)消除浪涌 NTC 熱敏電阻，
對(duì)于高線(xiàn)路應(yīng)用 (VIN > 150 VAC)，CHV 單獨(dú)支持全功率傳輸。MinE-CAP 對(duì) CLV 進(jìn)行緩慢充電，并將電壓調(diào)節(jié)到低于電容器額定電壓。這改善了由于線(xiàn)路斷電而導(dǎo)致的電源保持時(shí)間。
保護(hù)特性
除了的啟動(dòng)算法外，MinE-CAP 還集成了一系列保護(hù)功能，包括過(guò)溫、引腳開(kāi)路/短路故障檢測(cè)和浪涌保護(hù)。如果發(fā)生故障，MinE-CAP 會(huì)將 CLV 從系統(tǒng)中斷開(kāi)。為了防止進(jìn)一步的系統(tǒng)損壞，MinE-CAP 通過(guò) L 引腳將故障信息傳送到功率轉(zhuǎn)換級(jí)。該多用途引腳還用于在正常工作條件下將直流總線(xiàn)電壓信息傳送至電源控制器 IC。
概括
GaN 供電的 MinE-CAP 支持在通用輸入設(shè)計(jì)中使用額定電壓為 160V 的電容器，而這些設(shè)計(jì)通常僅限于額定電壓為 400V 的電容器，從而節(jié)省的空間相當(dāng)于采用更高開(kāi)關(guān)頻率所實(shí)現(xiàn)的效果。的啟動(dòng)算法無(wú)需使用 NTC 熱敏電阻，且不會(huì)影響終用戶(hù)體驗(yàn)。直流母線(xiàn)電壓和故障信息通過(guò) L 引腳傳送至 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。將 MinE-CAP 與 InnoSwitch IC 系列配對(duì)可限度地提高集成度、限度地減。
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