《超宽压高效率氮化镓反激多路输出的原理与应用》直播后记

文摘   2025-01-24 14:38   天津  
随着电力电子的发展,工商业甚至消费电子都对系统电压有着更高的需求。从宽压至525V的照明灯具到650V三相系统的辅电,从800V的储能系统到1000V+的工业无人机。然而传统的高压级联反激和双管反激在成本、效率、可靠性上都有不小的挑战,甚至无法满足当下高效率、小型化、高可靠性的要求。

日前,电源网深圳研究中心技术总监黄亭带来《超宽压高效率氮化镓反激多路输出的原理与应用》的全面解读。本次直播主要分享基于氮化镓的超宽压输入高效率反激多路输出的原理与应用,并结合实测进行实测演示和性能分析。直播在电子星球直播间与电源网直播间同步播出。


本次直播主题有三个关键词:超宽压、高效率、多路输出。


 

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知识要点回顾

FIRST PART
在光伏、服务器电源、工业、储能、充电桩、路灯、无人机、水下机器人等超宽压电源的应用中,传统的宽电压解决方案有三种:串联反激、双管反激和级联反激。它们的缺点是只能输出一路。如果在需要多路电压输出的场景下,必须增加LDO电路,但这会降低输出效率。
在直播中,电源网深圳研究中心技术总监黄亭拿Power Integrations的InnoMux-2举例。InnoMux-2是一款高集成度的多路输出反激芯片,内部集成750V PowiGaN™初级开关,集成的FluxLink™技术,无需光耦进行反馈,并且所有输出均具有过载保护功能。特点是无需后级稳压电路,采用PowiGaN开关技术、零电压开关,可以在1000VDC输入时效率超过90%;同时还有优异的轻载和待机性能:输入功率300mW时,输出功率大于200mW,1000VDC输入时空载输入功小于60mW;采用全新F封装,拥有更宽的电气间隙和爬电距离。

值得一提的是,InnoMux-2采用高效率的单机架构,无需散热片和后级稳压电路,即可输出多路电压,无需增加LDO电路做后级稳压;调整精度为±1%,独立控制每路输出,集成Fluxlink技术保证安全绝缘;此外,可灵活配置多达三组CV/CC输出,可覆盖15-100W输出功率。功率开关选项有650V硅开关,725V硅开关,750V PowiGaN开关,1700V PowiGaN开关。

 

InnoMux-2采用了脉冲共享技术,也就是每次初级开关开通期间传输至次级的能量会在两路输出之间分担共享,这样就使得每个开关周期的储能都能够以相同的电流形状释放至负载,这样就可消除由原来的次谐波频率所引起的音频噪声。而每路输出相对于原来没有脉冲共享的工作方式,现在都能以更高的频率补充能量,这样做的另外一个好处是改善了输出纹波。


由上图所知,在InnoMux-2方案实测中,通过开关波形的变化,我们可以看到在一个周期内InnoMux-2就完成了两路稳压,并且稳压精度非常高,响应非常快

相较于现有的高压解决方案,采用InnoMux2–EP技术的产品展现出了显著的效率提升。具体而言,30W单路输出电源InnoSwitch3-EP StackFET解决方案在最大母线电压为800VDC的条件下,效率小于80%。而60W 2组CV输出电源的InnoMux2–EP解决方案则能够应对高达1000VDC的母线电压,效率超过90%。 


此外,InnoMux-2还拥有先进的保护/安全特性,包括所有输出均具备独立的过载保护,灯串不平衡/短路/开路保护,输出过压时进入自动重启动保护。在封装方面,采用PI独有的InSOP封装,这种封装热阻更低,从而可以将热量传导至PCB板进行散热,做到无金属散热片的设计。在设计支持方面,PI提供PI Expert™ 设计软件,以及多个参考设计。

接下来,黄亭老师介绍了参考设计套件RDK-1053展现出1700V PowiGaN的优异性能。它的2组CV输出(5V@2.5A,24V@2A)可提供60W的输出功率,在所有输入电压条件下效率都超过91%,具有非常高的待机效率,无需后级稳压电路,元件数量可减少约50%,包括输入电压/负载调整率和交叉调整率的每路输出的调整精度都优于±1%。 只需要不到60个元件,即可在1000VDC输入情况下提供双路输出。




实测

SECOND PART
在实测部分,黄亭老师演示的是基于InnoMux-2的60W工业用电源设计-2组CV输出的纹波、尖峰、交叉调整时的动态响应和稳压精度等的表现。


这个300-1000V输入的Demo采用1700V PowiGaN™,在24V/2A和5V/2.5A两路负载,总功率是60W,输入为300V,满载效率可达到91.7%;在输入为400V时,效率91.6%;在输入为600V时,效率91.2%;在输入为800V时,效率达到90.6%;在输入为1000V时,效率达到90%。总的来说,在宽范围的高压情况下,它的效率都能达到90%,表现非常出色。


输入为1000V,两路输出(24V/2A,5V/2.5A)的情况下,无论哪一路空载或满载,变化都在0.02V-0.1V左右,两路的稳压效果都非常好。


在输入电压为300V的条件下,Vds电压614V,两路的输出纹波在40mV-60mV左右;在输入电压为1000V的条件下,Vds电压1360V,两路的输出纹波在41-64mV之间,两路的输出纹波表现都非常好。并且从空载到带载的过程中,都没有观察到太大的突变,说明它在一个周期信号内就能完成动态响应,响应速度非常快。


直播期间,黄亭老师的精彩分享引得在线网友踊跃提问。电源网还不时放送现金红包奖励,多轮微信红包相继开出。在直播结束之后大家纷纷表示,这次直播让人受益匪浅,以后一定要多多举办。

期待Power Integrations未来能与各位网友工程师一起深入探讨技术更多话题!下次再会!

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