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功率電子器件成為2005年慕尼黑電子展的一大熱點，包括意法半導(dǎo)體(ST)、英飛凌、三菱電機、安森美以及美國國際整流器(IR)在內(nèi)的多家公司紛紛亮相，展示各種不同系列的功率電子產(chǎn)品。特別地，安森美、英飛凌以及IR公司不約而同打出節(jié)能增效的口號，在展會上宣布推出其最新的幾款功率電子器件。
安森美：力助ATX電源達(dá)標(biāo)80plus
安森美半導(dǎo)體的最新產(chǎn)品NCP4330是一款采用后穩(wěn)壓、雙N溝道結(jié)構(gòu)的MOSFET驅(qū)動器。“目前，終端廠商越來越感受到來自高能效標(biāo)準(zhǔn)方面的壓力。”安森美模擬產(chǎn)品部亞太區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理蔣家亮表示，“使用NCP4330可以幫助設(shè)計人員提高ATX和高功率開關(guān)電源(SMPS)正激變換器的效率，使其達(dá)到80%以上。”
在傳統(tǒng)ATX電源電路中，有兩點因素限制了其效率的提高：1.使用磁放大控制器時所需的飽和電感會隨著環(huán)境溫度的變化而變化；2.耗電的二極管組成的周邊電路。
“NCP4330克服了這兩方面的缺點，可用來代替磁放大控制器。”蔣家亮解釋說，“該驅(qū)動器時無需飽和電感。另外，由于使用同步MOSFET代替了二極管，這些都使電源效率得到提高。”他表示，NCP4330帶來了有源鉗位和同步整流的正激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于減少了變壓器匝數(shù)，電路可靠性得到了提高，并同時節(jié)省了PCB板面積，而EMI特性也隨之得到提升。此外，在NCP4330中使用的重疊管理技術(shù)還可支持軟切換操作，使得這款驅(qū)動器可以在更高的有效頻率范圍內(nèi)進(jìn)行工作。“NCP4330適于18~75V范圍內(nèi)的直流輸入應(yīng)用產(chǎn)品，另外還可用在多輸出，獨立穩(wěn)壓的場合，穩(wěn)壓范圍可達(dá)1~3%。” 蔣家亮說。
英飛凌：CoolMOS CS突破“硅限制”
全球第四大半導(dǎo)體公司英飛凌科技展示的則是其號稱“目前市場上唯一一種可實現(xiàn)最低導(dǎo)通和開關(guān)損耗的MOSFET”——CoolMOS服務(wù)器系列(CoolMOS CS)產(chǎn)品。據(jù)稱，采用TO220封裝時其導(dǎo)通電阻為99mΩ，采用TO247封裝時則為45mΩ，均為全球最低值；而開關(guān)速度為150 V/nS(伏/納秒)，亦為行業(yè)最高值。英飛凌科技透露，雅達(dá)電源已在其高端服務(wù)器應(yīng)用電源系統(tǒng)解決方案DS1300-3產(chǎn)品中選用了該系列器件，從而實現(xiàn)了在AC到12VDC大功率分布式開關(guān)電源中12.6W/inch3的功率密度。
據(jù)介紹，CoolMOS CS服務(wù)器系列晶體管是專門為計算機服務(wù)器以及通信設(shè)備、平板顯示器等其他高功率密度應(yīng)用而設(shè)計的。它不僅可以幫助電源產(chǎn)品成功瘦身，提升其能源效率，同時產(chǎn)生的熱量也會顯著降低。來自英飛凌科技奧地利有限公司汽車、工業(yè)以及多元化市場集團(tuán)的電源管理和驅(qū)動技術(shù)市場經(jīng)理Fanny Dahlquist博士舉例介紹說，“在移相全橋ZVS系統(tǒng)中，怎樣提升效率是目前普遍關(guān)心的問題。在我們進(jìn)行的1000W移相全橋參考設(shè)計電路的研究中，使用CoolMOS CS，相對僅次于它的競爭產(chǎn)品來說，效率可以提高1.5個百分點，達(dá)到92.4%。”
CoolMOS CS系列是在英飛凌科技CoolMOS C3系列MOSFET器件的基礎(chǔ)上，通過工藝控制、優(yōu)化拓?fù)浜拖到y(tǒng)成本而取得成功的。Fanny表示，“新系列產(chǎn)品成功跨越了所謂的‘硅限制’。” 她強調(diào)說，“在新型的SJ MOSFET結(jié)構(gòu)下Rds(on)*A進(jìn)一步降低到2.5?*mm2以下。CS服務(wù)器系列可使功率密度提高到25W/inch3以上，并可進(jìn)一步實現(xiàn)輕載和滿載下的效率提升。”
此外，CoolMOS CS系列產(chǎn)品還有一個優(yōu)勢。那就是通過它可以將移相全橋ZVS電路用交替雙管正激架構(gòu)(ITTF)進(jìn)行代替，而同時仍然保持較高電源效率。“這樣做的好處是不僅能得到相當(dāng)程度的高效率電源，更重要的是它可以大大降低系統(tǒng)復(fù)雜程度，從而幫助服務(wù)器制造商節(jié)省開發(fā)成本。”Fanny表示。據(jù)稱，在前文提到的1000W參考設(shè)計中，使用ITTF架構(gòu)獲得的效率也能夠達(dá)到91.2%。“雖然在重載或滿載的情況下，ITTF架構(gòu)效率不如移相全橋ZVS電路，但是在輕載時，這種電路結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出非常可觀的優(yōu)勢。比如1/3負(fù)載時，效率可以提高7%。”她補充道。
IR：μPFC IR1550適合全功率應(yīng)用
開關(guān)電源的整流橋以及濾波電路令整體負(fù)載表現(xiàn)為容性，并使交流輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重的波形畸變，向電網(wǎng)注入大量的高次諧波。功率因數(shù)矯正(PFC)在改善SMPS電流尖峰、降低高次諧波、保護(hù)電機、變壓器及中性線路方面是功不可沒。IR公司此次宣布推出的便是其可適用于75W-4kW以上全功率范圍的AC-DC PFC產(chǎn)品——μPFC IR1150系列。據(jù)稱，這款產(chǎn)品能協(xié)助AC-DC應(yīng)用將功率因數(shù)提高到0.999，而整體波形失真僅4％。
功率因數(shù)矯正規(guī)范已經(jīng)從日本普及到歐洲和中國。這些地區(qū)的人口占據(jù)全球總?cè)丝诘?/3。根據(jù)這項政策，功率大于75W的電子產(chǎn)品(或大于26W的照明應(yīng)用產(chǎn)品)都要進(jìn)行功率因數(shù)矯正。IR公司AC-DC事業(yè)部市場經(jīng)理Stephen Oliver表示，“通過功率因數(shù)矯正，人們可以提高電氣傳輸網(wǎng)絡(luò)的效率，從而節(jié)約更多的能源及削減電費開支。”
在過去，技術(shù)人員采用連續(xù)電流模式(CCM)來實現(xiàn)大功率器件(>250W)的PFC方案，對于小功率采用(<250W)，則采用非連續(xù)電流模式(DCM)。不過，由于CCM電路中使用了一個體積龐大元件眾多(如MOS管驅(qū)動器、AC線輸入電壓傳感電阻等)的乘法器，從而使得產(chǎn)品成本居高不下；而DCM電路在系統(tǒng)功率大于100W時隨著峰值電流和EMI濾波器尺寸的加大，其體積也亦步亦趨，又使功率密度不得不做出犧牲。“于是產(chǎn)品工程師不得不面對這樣一種尷尬局面：必須在性能和成本之間做出折衷。” Stephen說。
“使用IR1150可以解決這個問題并獲得成本低廉的系統(tǒng)設(shè)計方案。”Stephen表示，“由于體積小巧，再加上又采用了CCM模式，因此該款芯片在小功率及大功率應(yīng)用場合都能勝任。”
IR1550的技術(shù)特色還在于其采用的單周期控制(OCC)模式和集成的復(fù)位整合器。Stephen介紹說，“所有的動作都能在系統(tǒng)時鐘的一個單周期里完成。”在這種模式下，電路中不再需要模擬放大器、輸入電壓傳感電阻以及三角波振蕩器。而復(fù)位整合器的存在又提供了一個閉環(huán)的PWM柵極驅(qū)動電路，省去了以往的外加驅(qū)動電路。這就為節(jié)省電路空間帶來可能。另外，他還表示，“傳統(tǒng)系統(tǒng)只能工作在120Hz的頻率，在使用IR1550后，該數(shù)字可以提高到200kHz。這意味著更小的磁場以及更小的電路板占位空間。”據(jù)稱，在采用IR1550的典型1kW PFC控制設(shè)計中，電路元件相比原來減少了40%，PCB板面積也縮減到只有原來的一半。“這樣平均下來，每個電路板大概可以降低1美元的成本，”Stephen說。
除此之外，IR1550還提供了一個專用的OVP管腳來進(jìn)行過壓保護(hù)。而其柵極驅(qū)動電流也達(dá)到了號稱“目前在業(yè)界最大驅(qū)動能力的”1.5A。另外，22V的電源電壓為適應(yīng)各種惡劣的工作條件提供了強大后盾。來自IR的消息說，目前已有多家用戶在90W筆記本電腦適配器、3kW服務(wù)器以及10kW焊接設(shè)備中使用了IR1550，市場前景看好。
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