随着电源产业发展及携带型电子设备的普及, 适配器/充电器的瓦数需求越来越高, 相对在环保节能的意识下, 人们对电源输出的效率要求会越来越严格, 像是在全球监管机构 : 美国能源部(DOE)、欧盟CoC都有不同的效率标准, 要求制造商必须提高现有独立电源产品的效率, 才能在市场销售。
在以往传统适配器的设计上, 副边整流几乎使用整流二极管来设计, 但低电压、大电流输出的情况下,整流二极管的导通压降较高,输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管(SRD)可达1.0~1.2V,即使采用低压降的肖特基二极管(SBD),也会产生大约0.7V的压降,这就导致整流损耗增大,电源效率降低。
传统适配器: 副边二极管设计图
若仅观察开通的条件下, 电流4A条件下, 若肖特基二极管标准压降为0.7V, 就产生了2.8W的损耗, 转换成热能, 但若我们使用约10 mΩ 的MOSFET, 其损耗( I2 x RDS(ON) ) 仅只有0.16 W, 大大的减少其能量损耗。
表一 二极管/ MOS管 损耗比较表
所以为了提高交流转直流适配器的效率,将输出肖特基二极管换成基于MOSFET的同步整流控制器(SR)时通常在系统上可提升2〜3%或者更高的效率。且有助于节省二极管散热片及组装的成本,所以同步整流控制器在大瓦数、高效率产品设计上, 扮演了一个极重要的角色。
功率MOSFET属于电压控制型器件,它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时,要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,所以称之为同步整流。
艾科微电子专注于高功率密度整体方案开发, 并以解决高功率密度电源系统带来的痛点与瓶颈为使命, 核心团队具备超过 20 年专业经验于功率半导体产业, 我们透过不断的创新及前瞻的系统架构并深入结合功率器件及高效能封装, 来实现高品质、高效能与纯净的电源系统,以满足市场对未来的需求。
艾科微芯片的设计及规划上, 希望使用者在不同设计选用不同器件的同时, 芯片控制上可以更智能, 更高效, 并在结合自主功率器件, 达到极致的高密度方案 。
三大理念: 易于设计, 高效能, 及高集成, 在艾科微同步整流控制器AKC6200 中, 快速的智能关断, 无论不同应用下选用不同功率器件情况, 可以智能的判断同步整流开通, 并适时进入驱动钳位达到最佳效能, 另外AKC6200不须外部器件设定即可防止 DCM 和准谐振工作期间误导通, 在适配器或快充电源上, 无论副边高端低短使用, 或供电上无需额外的辅助绕组并且可以支持 3.3V-21V的宽输出电压范围, 详细的特点及介绍可以参考以下
艾科微电子的同步整流控制器AKC6200具备有以下特点 :
- VD 200V工艺, 高耐电压,可靠度高
- 快速关断智能整流器,无需辅助绕组
- 支持副边高端和低端整流
- 支持宽输出电压范围, 支持PPS, PD3.0 3.3 -21V
- 支持DCM、CCM 和准谐振工作模式
- ~30ns 快速关断时间
- 防止DCM 和准谐振工作期间误导通技术
- 轻载省电模式(Light load mode)
- 5V驱动电压, 支持逻辑电平SR MOSFET
- 采用SOT23-6 封装
艾科微AKC6200适用于反激拓扑的同步整流控制器, 它兼容于CCM, DCM, 以及QR 工作模式。相对其它整流芯片来说, 除了可以支持副边高端和低端整流外, 外部器件少不须辅助绕组, 也省去外slew rate设定脚, 如下图:
AKC6200应用线路图
AKC6200的自供电技术由VDD 供电,可由VIN或VD取电, 所以可以支持宽输出电压 3.3V-21V系统, 如: 快充PD3.0, PPS等
驱动器钳位调节技术
目前在适配器或充电器产品上, 追求的瓦数越来越高, 输出电流越来越大, 副边同步整流功率器件在考虑热表现及效率的同时, 我们通常选用mΩ等级的MOS管, 但在副边导通电流接近零时, VDS 电压非常小约几mV, 所以控制器要侦测精准来关断MOS管, 具有相当挑战且关键。
副边功率器件太晚关断,最担心的就是原副边共通, 原副边共通会造成副边电压尖峰过高, 造成副边MOS管源极压力过大, 炸机等问题, 通常设计上我们可以将原边驱动变缓, 提前关断同步整流驱动器或是将死区拉长避免共通, 但效率会被牺牲。
AKC6200使用的是5V电平驱动, 并内含自主的驱动器钳位调节技术, 搭配常使用的逻辑电平 SR MOSFET,芯片会自动侦测VDS 电压并在适当时间钳位驱动电平、锁定VDS 电压, 并达到精准快速关断驱动器的功能, 且避免出现前后级共通现象, 降低尖峰电压。同时也会防止 DCM 和准谐振工作期间误导通。
同步整流控制示意图
轻载省电模式 (Light load mode)
在AKC6200的供电系统中包含了轻载省电模式, 芯片会自行侦测当芯片操作于在轻载或无载下, 并进入轻载省电模式, 有效调节芯片功耗并关断驱动器, 降低待机功耗, 让整体系统更省电, 也更能符合安规标准
AKC6200轻载省电模式与M厂比较
未来我们将秉持我们对高功率密度电源的执着与专业,以拓荒与创新的精神,陆续针对市场区块推出最高效能,高整合的完整解决方案。敬请期待!
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