轻松快速提高电源效率的解决方法-郭春明

轻松快速提高电源效率的解决方法2012年4月©Copyright2010PowerIntegrations2提升效率的简单方法开关电源的发展趋势是必须满足越来越高的待机效率要求这可以通过消除EMI滤波器环节及高压通路上的空载损耗来实现对更高功率密度和高效率的需求要求提高开关频率，因而须采用高性能元件使用高性能600VPFC二极管将CCMPFC损耗降至最小在高压直流输出应用中，利用软开关整流管可实现无缓冲电路工作，同时不会增加EMI和电压应力©Copyright2010PowerIntegrations3消除损耗提高待机效率改进现有设计或在新设计中实现创新的IC可提升待机效率CAPZeroSENZero电容主动放电+高压信号断接=功率节省！©Copyright2010PowerIntegrations4在待机期间断开未使用的高压通路单芯片集成解决方案与CAPZero配合使用可进一步降低待机/空载功耗通过在功率节省模式禁用电路功能块实现功率节省15~45mW15~45mW25~55mW25~55mW15~45mW15~45mW0.5mW0.5mW0.5mW0.5mW0.5mW0.5mW使待机功耗至少降低150mW©Copyright2010PowerIntegrations5另一个提高待机效率的应用范例SENZero用于PFC和DC-DC级额定高压MOSFET：650V，在25oC结温TJ下使用多个SENZero满足3个以上通道的要求©Copyright2010PowerIntegrations6超低待机功耗的两通道和三通道版本元件编号断开通道230VAC时的待机功耗SEN01221mWSEN01331.5mW650V低漏电流MOSFET本图显示的是两通道(SEN012)版本©Copyright2010PowerIntegrations7消除放电电阻中的损耗–CAPZeroX电容主动放电可自动消除来自X电容放电电阻损耗的创新器件施加AC电压后：放电通路开路断开AC电压后：X电容放电以满足安全要求可使设计满足严格的待机/空载功耗要求，无需重新设计©Copyright2010PowerIntegrations8CAPZero允许增大X电容的值，而不会带来额外损耗实测数据点典型损耗RXCAP,DIS采用CAPZero后的性能~4mW@230VAC230VAC，750ms时间常数（提供可满足1秒最差情况的裕量以及+/-20%电容容差和+/-5%电阻容差）X电容(nF)放电电阻损耗(mW)©Copyright2010PowerIntegrations9允许使用更大容量的X电容，而不会增加待机损耗增大X电容以降低CM/DM扼流圈滤波满足EMI规范提升效率减小元件尺寸/省去元件可带来空间和成本的节省CAPZero可提高EMI滤波器设计的灵活性之前带大共模电感及差模电感的小容量X电容之后（采用CAPZero）带小共模电感及和差模电感的大容量X电容©Copyright2010PowerIntegrations10最大总X电容元件编号(825V)元件编号(1000V)500nFCAP002CAP012750nFCAP003CAP0131µFCAP004CAP0141.5µFCAP005CAP0152µFCAP006CAP0162.5µFCAP007CAP0173.5µFCAP008CAP0185µFCAP009CAP019CAPZeroSOIC-8可满足设计要求的CAPZero产品系列©Copyright2010PowerIntegrations11待机效率提升示例电源中可消除的待机损耗2µF的总X电容可在230VAC下产生147mW的放电电阻损耗三个高压(325VDC)通路的总损耗为150mW消除291mW的净损耗可提升待机效率20Wstandby85%efficient30Wstandby85%efficient100%standbyload1.1%eff.improvement0.7%eff.improvement50%standbyload2.2%eff.improvement1.4%eff.improvement20%standbyload5.6%eff.improvement3.7%eff.improvement©Copyright2010PowerIntegrations12Qspeed混合PiNSchottky技术提供比SiC更低的开关损耗阳极阴极肖特基触点P-Wells缓冲层低稳压值/高速肖特基低漏电流/高阻P-N深沟道P-Wells提供Qrr提供比SiC肖特基二极管更低的开关损耗能以显著低的成本且在80Khz的开关频率下达到与SiC二极管相当的效率©Copyright2010PowerIntegrations13Qspeed二极管产品系列2011年第4季度2012年第1季度2011年第2季度2011年第3季度适用于CCMPFC的Q系列600V，TO-220AC封装（隔离式）3A,5A,8AX系列最佳值（成本最低，低Qrr）Q系列最软反向恢复（最适合EMI控制）H系列最低Qrr（开关损耗最低）适用于开关电源输出整流二极管的Q系列300V双二极管6A,10A,16A,30AH系列600VD2Pak（隔离式）适用于CCMPFC的X系列600V（TO-220AC、D2Pak、FullPak封装）3A,4A,6A,8A,10A,15A,20A适用于CCMPFC的H系列600V，TO-220AC封装（隔离式）3A,6A,8A,12A新！H系列是开关频率80Kh的SiC二极管的低本高效替代产品。适用于交错并联CCMPFC的X系列600V双二极管，TO220AB封装8A,12A,16AQ系列200/V新！©Copyright2010PowerIntegrations1414反向恢复电流H系列、Q系列、X系列、Tandem（串联）和超快速二极管Qrr值比较-8-6-4-202468020406080100120140160180200Time(ns)ID(A)©Copyright2010PowerIntegrations1515超低QrrTandem（串联）、SiC、Q系列、H系列二极管Qrr值和Tj的关系QrrversusJunctionTemperature01020304050607025C50C75C100C125CSTTH806TTI-QrrC3D08060-QrrLQA08TC600-QrrQH08TZ600-Qrr©Copyright2010PowerIntegrations1616二极管恢复电流变成开关电流反向恢复电流导致开关损耗©Copyright2010PowerIntegrations1717开关电流增加导通损耗开关损耗随频率而增大©Copyright2010PowerIntegrations1818Qspeed降低了开关电流，从而降低导通损耗Qspeed可降低开关损耗©Copyright2010PowerIntegrations1919超快速Qspeed•设计师之所以选择低频率是因为超快速二极管会造成损耗•使用Qspeed可做到以更高频率工作•高频率工作可使设计师选择更小的升压电感（节省成本）•小型升压电感使用更少的导线，损耗更低•高频率下的总体损耗可低于低频率设计的总体损耗Qspeed可帮助提升CCMPFC应用中的效率©Copyright2010PowerIntegrations2020四种主要类型的二极管在服务器电源应用中的性能比较20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%FFP08S60SN80.50%83.55%84.70%85.10%85.42%85.40%85.30%84.82%84.41%STTH806TTI81.70%84.02%85.10%85.50%85.95%85.82%85.78%85.60%85.14%QH08TZ60084.50%86.30%87.50%88.13%88.19%88.05%87.81%87.28%86.91%C3D0606084.70%86.50%87.70%88.10%88.33%88.21%88.00%87.50%87.10%V-In=115VAC,Ta=24.1ºC,P-MAX=780W,F-Bst=90kHz80.00%81.00%82.00%83.00%84.00%85.00%86.00%87.00%88.00%89.00%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%FFP08S60SNSTTH806TTIQH08TZ600C3D06060提升服务器电源的效率©Copyright2010PowerIntegrations2121三种Qspeed二极管与SiC二极管在500W服务器电源应用中的性能比较78.00%80.00%82.00%84.00%86.00%88.00%90.00%92.00%10%20%50%75%100%CSD04060AQH05TZ600QH08TZ600QH12TZ600可达到与SiC二极管相当的效率水平©Copyright2010PowerIntegrations2220CTH03S缓冲电路=220pF和33ohmsVpk=332V效率=82.4%300VQ系列二极管可解决过冲问题并能实现无缓冲电路工作©Copyright2010PowerIntegrations23宽范围DC-DC(18-75V)75VDC输入100°C基板温度LQA16TC300无需缓冲电路Vpk=289V效率=84.6%300VQ系列二极管可提升效率©Copyright2010PowerIntegrations24总结使用已证实可靠的简单器件可轻松提升效率使用CAPZero和SENZero可提升待机效率使用600VQspeed二极管可降低CCMPFC级中的开关损耗使用300VQspeed二极管可实现无缓冲电路工作©Copyright2010PowerIntegrations25室内照明LED驱动电源发展趋势更低的成本LED推广的最大障碍是价格2011年光源成本下降30%驱动占到了灯具成本的30%非隔离驱动渐成主流可以降低磁性器件的价格可以提高效率可减小占用空间单电压输入即可优化设计，成本更低©Copyright2010PowerIntegrations26BPFBSDU1SC1117DGC610uFL21500uHEE10D1ES1JR222RC3100nF100mA@55VV+V-F110RNLR656kC2470nFC447uF63V-+BR1MB6S3142L12.2mHR14.7KC1220nF参考设计1：低压输入超低成本的设计长度30mm宽度18mm总共14个器件单面板高效率最低成本©Copyright2010PowerIntegrations2780.085.090.095.08090100110120130140效率输入电压（单位：Vac）不同输入电压下测试效率PF和效率满足要求0.6500.7000.7500.8000.8500.9008090100110120130140PF输入电压（单位：Vac）不同输入电压下测试PF©Copyright2010PowerIntegrations28EMI满足要求满载输出平均值准峰值准峰值平均值©Copyright2010PowerIntegrations29DER-322:LNK460VGBUCK输出78V/0.23A，效率93%高压输入(190-264VAC)–PF0.9–谐波符合EN61000-3-2C–230VAC时THD20%浪涌过2.5KV(IEC61000-4-5)参考设计2：高压输入高效率单面PCB©Copyright2010PowerIntegratio