揭秘MPS在 AC/DC 方面的实力

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2021-09-08 09:31

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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,尺寸也大大减小。现代开关电源有两种:AC/DC和DC/DC。就这两者的发展情况而言,DC/DC应用场景相对广泛,因此,DC/DC市场玩家的发展也受到了业界的瞩目。

其中,MPS也是DC/DC市场中的佼佼者之一,我们在此前的报道中也曾介绍过他们众多DC/DC产品。实际上,MPS在AC/DC市场中也具有相当的优势,日前,他们举办了MPS AC/DC 产品中国区的首场发布会,借此机会,我们也得以窥见MPS在AC/DC方面的实力。

AC/DC市场发展趋势


AC/DC市场又可以分为被称为Buck/Flyback的单级AC/DC基本结构和以PFC+LLC为基础的两极AC/DC基本结构。简单来说,单级结构的AC/DC常见于75W以下的小功率应用,两级结构则适用于中大功率市场。

MPS在AC/DC领域深耕多年,在他们看来,开关电源的挑战也在随着终端应用的升级而得以不断增加。MPS AC/DC产品总监Peter Huang认为,在AC/DC电源中,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。除了此之外,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。

(MPS AC/DC产品总监Peter Huang)

在Peter Huang看来,小型化是AC/DC产品发展的不可逆趋势,而提高效率则是小型化的必要途径。他表示:“它不但可以减少损耗,同时还能减少散热,为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。”


要提高AC/DC效率,新型拓扑则是关键,在这一层层的推导之下,AC/DC市场也逐渐显现出了新的技术发展趋势:

  • 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。

  • 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,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在AC/DC领域的布局


作为一家IC企业,针对AC/DC的发展挑战,MPS将其着力点定位在了新型拓扑的研发上,他们认为,通过新型拓扑结构,可以提高效率的同时也可以提高频率,从而能从源头解决AC/DC的发展挑战。


据Peter Huang介绍,针对小功率市场,在十年之前,MPS就已经开展了QR-Flyback的研究,但随着AC/DC的继续发展,QR-Flyback有两个损耗没法解决,一是开通损耗,二是关断损耗,关断损耗和硅有关,而开通损耗和拓扑有关。因此,MPS推出了ZVS-Flyback和ACF,其中,ZVS-Flyback也就是在QR的基础上,将开关开的损耗完全解决掉,ACF则是通过漏感回收而提高电源效率。ACF+ZVS是MPS目前的终极目标,据介绍这种新型拓扑接口可以实现零开断损耗和漏感回收。

在大功率市场,PFC + LLC是目前主流的拓扑结构,而为了顺应市场的发展需求,MPS又推出了ZD PFC + LLC和hybric PFC + LLC。Peter Huang表示:“Totem-Pole PFC是MPS在大功率电源的终极目标,他们的产品会随着这个路线进行更新换代,并最终实现数字化的演进。”


从MPS的AC/DC产品布局上看,MPS可以提供非隔离式产品和隔离式两大类产品,包含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,以及大功率的LLC方案等。


从MPS针对AC/DC产品的规划上看,他们将从新型拓扑、高级程度、高频率以及数字化产品四个方向入手,来布局其未来的AC/DC产品线。


MPS AC/DC新成员


在MPS对其AC/DC产品线的规划下,他们也在本次发布会当中推出了两款新的 AC/DC产品——MPX2002/3以及HR1211。

据了解,MPX2002/3是针对小功率市场所推出的产品,该产品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,可为实现快充电源的小型化提供全新的思路。

Peter Huang表示:“MPS将MPX2002/3应用于两个典型的应用并做成了Demo板:一个是65W的Type C PD,该产品效率非常高,超过93%;另一个是Type A+C,即C和A接在一起的适配器,其充电效率也超过93%。”


HR1211则是针对中大功率市场所推出的,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。


更值得注意的是,HR1211的数字化内核。据其官方资料介绍,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。

写在最后


从近两年来的开关电源市场发展来看,随着国内模拟芯片市场的崛起,也有不少本土厂商以开关电源为突破口,获得了消费电子产品市场的认可。与这些市场新秀相比,MPS在模块化的方面更具有优势,而这也是目前AC/DC市场中具有较大挑战的部分。但不可否认的是,随着国内厂商的进步,这些新秀厂商也将在AC/DC模块化方向上步入正轨,因此,对于MPS而言,他们需要跑的更快,才能在该领域中保持领先的地位。


*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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