【導讀】開關電源在80年代替代線性電源之后，電源效率得到了極大的提升，尺寸也大大減少。隨著開關電源在各個應用上的不斷發展和消費者對便攜性的要求，開關電源繼續朝著小型化， 輕量化的趨勢發展。
近年來，碳達峰、碳中和“3060”目標開啟了低碳新時代，隨著節能減排的要求越來越嚴，人們對環保節能低耗綠色提出了更高要求， 對開關電源的能效標準也越來越嚴。比如，歐盟執委會最新的 CoC V5 六級能效標準第二階段，美國能源部 DoE6 六級能效都對空載功耗、效率提出了更高的要求，來達到節能減排的目的。
開關電源的挑戰不斷升級
提高開關頻率可以大大減少無源器件的尺寸，包括電感、電容及變壓器。對于 AC/DC 離線開關電源，其輸入端是50Hz/60Hz 230V的交流輸入，高電壓的高頻切換產生的開關損耗限制了其開關速度，傳統700V硅功率器件從開始的30kHz發展到現在200kHz，已經碰到 Si 的物理瓶頸。在 AC/DC 電源中，除了高壓功率器件的開關頻率限制，隔離變壓器的高頻化設計也要兼顧安全和效率，隨著頻率的增加，單位體積散熱的增加也大大制約了頻率的提升。
提高效率成為必經之路
提高效率是小型化的必要途徑， 它不但可以減少損耗，同時還能減少散熱， 給高頻小型化提供了必要的條件。只有效率提升了，單位體積散熱減少，同時通過高頻化設計，功率密度才會大大的提升。
想要提高效率，可以通過新的開關拓撲，譬如新型的反激拓撲 ACF（Active-Clamp Flyback）就可以消除開通損耗，同時做到隔離變壓器的漏感回收，加上第三代半導體功率器件的快速關斷，開關損耗可以降到忽略不計。提升了效率，同時讓電源的設計頻率不會受到功率器件的限制，大大地加速了小型化。
圖1：GaN + 新型拓撲，提高效率
MPS 公司在 ACDC 領域深耕多年，擁有業界領先的產品，涵蓋了市面上 1~1000W 的產品范圍，客戶遍布全球。隨著“更綠色/環保”的新規范的出臺以及第三代半導體時代的到來，MPS 公司的 AC/DC 電源產品不斷精進技術和性能，迎合市場的發展趨勢：
● 利用多種新型拓撲提高效率：比如使用 PFC + LLC 以及 ACF+ZVS 的混合拓方式以實現零打開損耗，同時回收漏感，可以達到93%以上的高效率。
● 采用全集成設計，以簡化設計，減少成本：傳統的非隔離式 AC/DC 解決方案通常需要使用多顆芯片，同時還需配備原邊及副邊控制器以及光隔離器等，占板面積大，BOM 成本高；MPS 公司最新一代解決方案尺寸緊湊，集成度高，1顆芯片即可囊括原邊和同步控制器，設計簡潔，占板面積小，成本效益高。
● 高頻化的芯片以適應新一代功率器件：傳統硅器件的開關頻率低，效率也很難提高，隨著 GaN 等新型半導體材料的出現，其開關頻率及效率都得到大大提高，高頻設計更加符合新型功率器件的要求。
● 數字化產品可以實現更好的性能：傳統的模擬控制器很難跟上日新月異的變化，新一代數字電源芯片的優勢日趨明顯，MPS 的產品采用數字化內核，具有非常豐富的可配置項目，相比傳統控制器，具有更多的靈活性。
MPS 公司提供0-1000W全系列 AC-DC 電源解決方案，從1W輸出的智能 LDO 和 Buck 非隔離方案，到10W輸出的非隔離降壓方案，MPS 公司均有集成功率管的解決方案。對于小功率隔離反激方案，MPS 公司也有集成功率管和控制器的方案提供。最后到大功率的 LLC 方案，在75W輸出以上，比較常用的 PFC+LLC 架構，MPS 公司有獨立的 PFC 控制器和 LLC 控制器提供。
圖2：MPS ACDC 電源解決方案
其中，全集成反激控制器系列產品 MPX2002，創新性地將初次級控制器合封在一顆芯片內，大大簡化了外圍電路設計，為實現快充電源的小型化提供了全新的思路。
圖3：MPX2002 典型應用電路（原邊 + 副邊 + 反饋）
MPX2002 在重載下可在 CCM 下運行，然后在負載降低時切換至準諧振（QR）操作。如果負載進一步降低，MPX2002 將在跳頻（PFM）模式下工作。當其進入突發模式時，開關頻率固定為20kHz，從而降低音頻噪聲。通過此特性，MPX2002 可在所有負載條件下實現高效率，同時具有出色的電磁干擾（EMI）性能。傳統方案需要反激控制器、光耦、電壓基準和同步整流控制器四顆芯片，而使用 MPX2002 單芯片方案，集成了初級控制器和同步整流控制器。簡化了設計，提高了效率，減小了占板面積，降低待機功耗，增強可靠性，無需光耦反饋，防止光耦在高可靠性環境出現老化。特別在 CCM 運行模式下能夠實現更高精度的同步整流控制。
圖4：MPS 公司的 MPX2002 vs. 傳統方案
MPS 公司 AC/DC 產品線的另一款成名之作 HR1211，也充分地體現了MPS的產品優勢，這是一款集成多模式 PFC 和電流型 LLC 的二合一控制器。芯片集成了高壓電流源、安規認證的X電容放電電路、PFC 和 LLC 的高壓驅動電路，從而實現了非常簡潔的外圍電路。
圖5：HR1211 的典型應用電路
HR1211 的數字控制內核結合可重復編輯的存儲單元，賦予了整個方案強大的靈活性。PFC 和 LLC 兩級電路之間的配合；不同控制模式之間的切換；關鍵工作點的開關頻率；保護功能的閾值、時間以及恢復方式；所有這些主要的功能都可以通過 UART 的通訊口進行自由配置，并能夠在圖化操作界面上完成，這使得基于 HR1211 的電源設計能夠靈活的適應不同應用在不同設計中的性能要求。
圖6：HR1211 應用場景舉例
MPS 公司在 AC/DC 領域技術沉淀多年，目前已有多種優秀解決方案深受業界好評，未來會有更多高效先進的產品不斷面市。
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