在寸土寸金的USB PD充电器内部,氮化镓开关管、革新的导热材料等新技术不断被加入,用以提升转换效率及小体积的散热性能。转换效率的提升,可以提高功率密度,减小体积,打造更具竞争力的充电器。
传统高频反激开关电源通过RCD吸收电路,电容储存变压器漏感能量,并通过电阻消耗,限制初级开关管上的电压。但是随着频率的提升,吸收回路所损耗的能量和开关损耗越来越大,损耗的增加,制约了充电器的效率,还增大了发热,使得充电器的小型化受到限制。
那有没有其他办法可以改善转换效率呢?PI通过增加有源钳位开关,与钳位电容串联的结构去取代传统反激电路中的RCD吸收电路,通过回收变压器漏感能量到输出端,提升转换效率,还可以实现初级开关管零电压开关。有源钳位的加入,可在减小开关损耗的同时提高开关频率,从而减小变压器的体积,实现高效率高功率密度的氮化镓充电器设计。
一、PI发布全新PowiGaN芯片
PI针对传统反激式开关电源无法利用漏感能量的缺点,推出了内置PowiGaN开关管的InnoSwitch4-CZ和用于主动钳位开关的ClampZero系列产品。两款IC联合使用,可以减小开关损耗,捕捉和再利用漏感能量,从而实现显著的能效提升。据实测,相较于传统的硬开关工作方式,采用有源钳位工作的初级开关管温升性能可以提高15%。
ClampZero开关芯片可以无缝的与InnoSwitch4-CZ连接,直接从InnoSwitch4-CZ芯片取电。同时支持启动自偏置,可在CCM/DCM模式下稳定运行。
InnoSwitch4-CZ和ClampZero的组合,通过降低开关损耗和将浪费掉的漏感能量再利用,可轻易将转换效率提升到95%,并保持灵活性和精简的反激架构。新增加的ClampZero芯片内部集成了有源钳位开关用于回收漏感能量,内部集成高侧开关及自偏置驱动控制器,可从低侧连接到InnoSwitch4-CZ主控制器,接收控制信号。
通过确保热应力最严酷条件下的零电压开关,在CCM/DCM模式下,InnoSwitch4-CZ和ClampZero均可实现高度灵活的ACF解决方案,开关损耗的降低可以使用更高的开关频率,减小变压器尺寸和PCB面积。
零电压开关由精准的时间控制,大大降低了开通损耗。连同集成了氮化镓开关的InnoSwitch4-CZ,可实现高功率密度、无需散热片、最高输出功率达110W的反激设计。
二、ANKER氮化镓快充首发InnoSwitch4-CZ IC
2021年5月25日,Anker举办新品发布会,推出第二代氮化镓充电器系列,并取了一个好记的中文名字“超能充”,包含了30W、45W、65W等多款型号。
ANKER本次推出的氮化镓超能充采用全新的外观设计,不同功率之间仅大小区别,外观相似度非常高,均采用全新黑色主体搭配银色面板,具有非常高的辨识度。
值得一提的是,ANKER本次发布的30W、45W、65W三款单口迷你氮化镓充电器均采用PI最新的PowiGaN芯片InnoSwitch4-CZ系列,属于全球首发。
Anker创始人兼CEO阳萌表示,“我们很高兴能成为PI公司InnoSwitch4芯片的独家首发合作伙伴。InnoSwitch4-CZ器件具有极为出色的集成度和运行效率,是Anker Nano II USB-C系列能实现紧凑设计的关键所在。”
Anker氮化镓超能充30W充电器不含插脚尺寸仅为31.51*30.43*38.13mm,体积36.56cm³,重量47.3g,按照额定输出功率30W计算,Anker Nano II 30W充电器达到0.82W/cm³。
ANKER 30W氮化镓快充为了极致的功率密度追求,舍弃了折叠插脚。输出具有5V3A、9V3A、15V2A、20V1.5A四个固定电压档位,还支持3.3-11V3A和3.3-16V2A两组PPS输出,并且具有常见的快充协议,对手机和电脑都有很好的兼容性。
Anker氮化镓超能充45W充电器实测三围仅有34.89*37.59*40.95mm,重量68.9g,体积仅为53.7cm³,按照45W标称功率计算,功率密度高达0.83W/cm³。
ANKER 45W氮化镓快充采用折叠插脚,方便收纳。输出具有5V3A、9V3A、15V3A、20V2.25A四个固定电压档位,还支持3.3-16V3A和3.3-21V2.25A两组PPS输出。
Anker氮化镓超能充65W充电器实测三围仅有35.97*41.57*44.20mm,重量107.1g,体积仅为66.09cm³,按照65W标称功率计算,功率密度高达0.98W/cm³,迫近每立方厘米1瓦大关。
ANKER 65W氮化镓快充同样采用折叠插脚的设计,方便收纳。输出具有5V3A、9V3A、15V3A、20V3.25A四个固定电压档位,支持5-21V3.25A一组PPS输出,65W小钢炮充分满足笔记本充电需求。
充电头网总结
PI最新推出的InnoSwitch4-CZ系列PowiGaN芯片,通过与ClampZero芯片组合使用,大大降低了开关损耗,并且将变成热消耗掉的漏感能量传输到次级,如此可将充电器的转换效率提升到95%以上,大幅度降低发热。同时开关损耗的降低,还可以减小变压器尺寸,进一步提高充电器的功率密度,达成突破性的能效,实现小体积设计。
ANKER通过在新款氮化镓充电器中使用PI全新的InnoSwitch4系列芯片,充分利用PI先进的技术优势,在保证高效率的同时,让三款充电器均实现了极致的小体积,成为迷你充电器中的典范。
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