MPS 携新型 AC-DC 电源解决方案迎接低碳新时代

低碳时代到来，引领小型化和高效率趋势

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。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

提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。  

想要提高效率，可以通过新的开关拓扑，譬如新型的反激拓扑 ACF（Active-Clamp Flyback）就可以消除开通损耗，同时做到隔离变压器的漏感回收，加上第三代半导体功率器件的快速关断，开关损耗可以降到忽略不计。提升了效率，同时让电源的设计频率不会受到功率器件的限制，大大地加速了小型化。      


图 1：GaN+新型拓扑提高效率

MPS 在 AC/DC 领域深耕多年，拥有业界领先的产品，涵盖了市面上 1~1000W 的产品范围，客户遍布全球。随着“更绿色/环保”的新规范的出台以及第三代半导体时代的到来，MPS 的 AC/DC 电源产品不断精进技术和性能，迎合市场的发展趋势：

•        利用多种新型拓扑提高效率：比如使用 PFC + LLC 以及 ACF+ZVS 的混合拓方式以实现零打开损耗，同时回收漏感，可以达到 93%以上的高效率。
•        采用全集成设计，以简化设计，减少成本：传统的非隔离式 AC/DC 解决方案通常需要使用多颗IC，同时还需配备原边及副边控制器以及光隔离器等，占板面积大，BOM成本高；MPS最新一代解决方案尺寸紧凑，集成度高，1颗IC即可囊括原边和同步控制器，设计简洁，占板面积小，成本效益高。
•        高频化的芯片以适应新一代功率器件：传统硅器件的开关频率低，效率也很难提高，随着 GaN 等新型半导体材料的出现，其开关频率及效率都得到大大提高，高频设计更加符合新型功率器件的要求。
•        数字化产品可以实现更好的性能：传统的模拟控制器很难跟上日新月异的变化，新一代数字电源芯片的优势日趋明显，MPS 的产品采用数字化内核，具有非常丰富的可配置项目，相比传统控制器，具有更多的灵活性。

MPS 可以提供 0-1000W 全系列的 AC-DC 电源解决方案，从 1W 输出的智能 LDO 和 Buck 非隔离方案，到 10W 输出的非隔离降压方案，MPS 均有集成功率管的解决方案。对于小功率隔离反激方案， MPS 也有集成功率管和控制器的方案提供。最后到大功率的 LLC 方案，在 75W 输出以上，比较常用的 PFC+LLC 架构，MPS 有独立的 PFC 控制器和 LLC 控制器提供。


图 2：MPS ACDC 电源解决方案

其中，全集成反激控制器系列产品 MPX2002/3，创新性地将初次级控制器合封在一颗芯片内，大大简化了外围电路设计，为实现快充电源的小型化提供了全新的思路。


图 3：MPX2002 典型应用电路（原边 + 副边 + 反馈）

MPX2002 在重载下可在 CCM 下运行，然后在负载降低时切换至准谐振（QR）操作。如果负载进一步降低，MPX2002 将在跳频（PFM）模式下工作。当其进入突发模式时，开关频率固定为 20kHz，从而降低音频噪声。通过此特性，MPX2002 可在所有负载条件下实现高效率，同时具有出色的电磁干扰（EMI）性能。传统方案需要反激控制器、光耦、电压基准和同步整流控制器四颗 IC，而使用 MPX2002 单 IC 方案，集成了初级控制器和同步整流控制器。简化了设计，提高了效率，减小了占板面积，降低待机功耗，增强可靠性，无需光耦反馈，防止光耦在高可靠性环境出现老化。特别在 CCM 运行模式下能够实现更高精度的同步整流控制。MPX2003 把频率进一步提升到 130kHz 以上来满足小型化需求。  


图 4：MPX2002 VS. 传统方案

MPS AC/DC 的另一款成名之作 HR1211，也充分地体现了 MPS 的产品优势，这是一款集成多模式 PFC 和电流型 LLC 的二合一控制器。芯片集成了高压电流源、安规认证的 X 电容放电电路、PFC 和LLC 的高压驱动电路，从而实现了非常简洁的外围电路。


图 5：HR1211 的典型应用电路

HR1211 的数字控制内核结合可重复编辑的存储单元，赋予了整个方案强大的灵活性。PFC 和 LLC 两级电路之间的配合；不同控制模式之间的切换；关键工作点的开关频率；保护功能的阈值、时间以及恢复方式；所有这些主要的功能都可以通过 UART 的通讯口进行自由配置，并能够在图化操作界面上完成，这使得基于 HR1211 的电源设计能够灵活的适应不同应用在不同设计中的性能要求。


图 6：HR1211 应用场景

MPS 在 AC/DC 领域技术沉淀多年，目前已有多种优秀解决方案深受业界好评，未来会有更多新品不断面市。