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如何让电源适配器配得上你越来越小的便携电脑

2018-07-12 10:44 来源:电子产品世界 编辑:niko

随着便携电脑的尺寸越来越小,重量越来越轻,曾经作为电脑的“小尾巴”的电源适配器如今似乎要叫“大尾巴”了!电源适配器如何实现小型化,来配得上越做越小的便携电脑则成为一项必须考虑的问题。

从功率器件发展来看,从NPN型功率器件发展到MOS管功率器件只用了大概10年的时间,功率器件的尺寸缩小了5倍;而在使用硅MOS管的30年期间,器件的尺寸并没有提升很多,效率虽然有10%的提升,但是器件尺寸缩小还不到10%;直到包括GaN在内的新材料出现后,不到3年的时间,功率器件的效率及尺寸的提升又继续加速。在未来的十年,预计将在2025年再次提升3~5倍,另外,效率也会达到95%~99%。由此看来,新材料的发展会是功率器件发展的重要促进因素之一。

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图1 功率器件的发展

作为世界上第一家也是唯一的氮化镓(GaN)功率IC公司,纳微(Navitas)也正是看到了这一发展规律,最先采用新型GaN功率芯片——AllGaNTM。新型功率芯片为功率器件带来了速度和效率两方面的提升。

由于硅材料的结构特性所限,一直无法同时满足速度和效率作为功率器件的两大设计参考指标。AllGaNTM通过配备新型拓扑——有源钳位反激 (ACF) 拓扑结构和新材料,并将驱动和GaN集成到一起,从而实现开关速度和效率两者的共同提升。新功率器件可以提供高达400MHz的开关速度,其速度比典型的转换器设计快了3至4倍,损耗降低40%,密度提高达5倍,系统成本也会下降20%,从而实现更小的尺寸和更低的成本。该设计完全符合欧盟CoC Tier 2及美国能源部6级 (DoE VI) 所规范的能效标准,更在满负载下实现超过94%的最高尖峰效率。

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图2 AllGaNTM功率IC器件结构

单芯片GaN功率IC与半桥GaN功率IC

纳微在推出AllGaNTM平台后,针对新型材料GaN先后推出了两类功率IC,即单芯片GaN功率IC和半桥芯片GaN功率IC。

纳微单芯片GaN功率IC是一款在650V下的单片式集成产品。该款产品采用5mm x 6mm QFN标准封装。考虑到成本问题,纳微单芯片GaN功率IC整个系列只用了这样一个封装方式。驱动采用内置驱动,高压信号输入时,即可实轻松现功率转换。纳微共同创始人兼首席执行官Gene Sheridan介绍称,通过这样的驱动器整合,以软开关为例将单芯片GaN功率IC与硅器件对比的话,硅器件电压上升速度很快,会有阴影。而采用单芯片GaN功率IC器件,开关速度到1M时,开关电压为500V,由此可见,采用单芯片GaN功率IC器件完全没有开关损耗, EMI性能也很好。

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图3 单芯片GaN功率IC与硅器件的对比

半桥GaN功率IC是纳微另一个系列,同样驱动一个软开关模型(600V/2MHz)效果如图4所示,由图4可以看出,半桥GaN功率IC基本上可以实现稳定、无过冲的信号输出。

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图4 半桥GaN功率IC与硅器件的对比

如果应用分立器件做功率芯片,需要多元器件,包括用于隔离电源、隔离驱动、死区时间及稳压器等,电路结构相对复杂。而如果用纳微的AllGaNTM,由于其中已经集成除控制芯片之外的所有驱动到器件中,工程师设计时只需要两片芯片就可以原来复杂的电路设计,因而设计简洁。

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标签: 电源适配器

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