目前,充电器的功率越来越大,输入的电流也在日益见涨。在小功率的充电器中使用整流桥,将交流电整流为直流电,再由电容滤波为初级电路供电,是一种非常成熟的做法。整流桥具有可靠性高,价格低廉的优势,在充电器中应用十分广泛。
随着氮化镓快充的发展,高频高效的优势改写了充电器笨重不便携的历史,在大功率应用中,氮化镓快充的体积仅为传统电源方案尺寸的1/5,大大减小了电源的体积。体积的减小对应着是电源集成度的提高,以及散热面积的减小。
氮化镓在充电器中应用,取代传统的硅MOS,可以大大减小开关损耗,提高充电器的转换效率,并降低发热,减小散热需求。但传统输入端整流桥的损耗,是不变的,随着输出功率的增加,整流桥的功耗也会同步上升,需要占用较大面积的散热片来为整流桥散热,并且还降低了充电器的效率。
既然充电器内部都使用氮化镓了,初级的整流电路有没有办法也降低一下损耗呢?利用MOS管低导阻的优势,取代具有固定压降的二极管整流。这就是现代充电器次级所应用的同步整流,采用同步整流控制器控制低导阻的MOS管,代替二极管进行整流,实现更低的压降,更低的功耗。
使用四颗MOS来代替传统整流桥,并由一颗支持桥式整流的控制器来驱动,就是同步整流在充电器输入端的应用。主动整流分为两种,一种是采用两颗MOS管代替整流桥的两个二极管,这样可以降低一半的损耗,同时无需高压驱动器,便于设计,成本较低。但是这种解决方案,只降低了一半的损耗。
还有一种就是采用四颗MOS管来代替传统整流桥,可以消除掉绝大部分整流桥的损耗,从而显著提升电源的整机能效。这种全桥解决方案具有高能效,低损耗的优势,但缺点就是需要高压驱动器,同时使用四颗MOS管,成本较高。但是为了高能效和高功率密度的追求,这种全桥主动整流解决方案,也确实是最佳选择了。
主动整流是一种相对成熟的解决方案,实际使用与传统整流桥相同。是针对高能效要求的理想整流桥替代方案,在苹果最新推出的140W USB PD3.1适配器中也有应用。不过苹果采用的是较低成本的下管解决方案,就是两颗MOS管的第一种,但是也已经显著降低了整流管损耗,从而降低了整流桥损耗。
NXP恩智浦推出了一款全桥四管的主动整流控制器TEA2209T,内置高压驱动器,无需外置驱动器,能够根据交流电压输入极性,自动切换对角的MOS管导通或关闭,实现超低损耗的主动整流。目前该器件已经被聚能创芯240W氮化镓快充电源采用。
TEA2209T采用SO16封装,简化了电源生产。芯片内部集成了高压驱动器,可直接驱动四颗整流MOS管,显著减少外围器件数量。同时芯片内部还集成了X电容放电功能,能够实现更精简的外围和更低的功耗。
TEA2209T支持禁用功能,关闭驱动器输出并使用MOS管内置的体二极管整流,能够有效降低电源的待机功耗。禁用功能支持与PFC控制器或MCU联动,以实现最大限度的降低待机功耗。这颗芯片适用于开关电源应用,可用于电视机,台式机,笔记本电脑适配器等应用,降低发热并提高效率。
充电头网总结
随着充电器功率的不断提升,如何在小体积内部实现更高的功率密度,并降低功率损耗,成为电源设计的重要目标。主动整流的推出,极大的降低了传统整流桥的功率损失,提高电源效率,降低散热需求,成为电源提升功率密度的可行解决方案。
恩智浦推出的TEA2209T支持使用四颗MOS管代替传统整流桥,通过MOS管极低的正向压降消除整流桥正向压降带来的损耗,从而大幅降低发热及散热需求。恩智浦还推出了两颗MOS管的主动整流控制器,能够以低成本实现部分主动整流,发热也可以得到明显的改善。
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