採用高效率架構 實現輕薄短小的充電裝置

2021/10/07 - DIGITIMES企劃

近年來消費者期望擁有輕薄短小的充電裝置，所以小體積、高功率密度的電源設備，已經成為市場的主流，而第三代半導體氮化鎵(GaN)開關元件，由於適用於高頻操作，能夠縮小磁性元件的體積，因此GaN元件已被大量使用於小型化充電設備。另外，由於高效率架構能夠降低整體零件的溫度，對於小體積電源設計有極大助益。

荷蘭商包爾英特台灣分公司資深技術應用經理林文明在「可在快充應用中實現最高功率密度的高頻有源箝位反激(ACF)解決方案」演講中，便由此切入，闡述說明因應這一波市場趨勢，PI開發出結合InnoSwitch4-CZ和ClampZero架構的產品，適合小體積高頻應用。

段標：增加有源鉗位開關，提升轉換效率

一般來說，傳統高頻反激式(flyback)開關電源透過RCD吸收電路，電容儲存變壓器漏感能量，並通過電阻消耗，限制初級開關上的電壓。但是隨著頻率的提升，吸收回路所損耗的能量和開關損耗越來越大，損耗的增加，降低了充電器的效率，且增加發熱，使得充電器的小型化受到限制。

針對此問題，PI藉由增加有源鉗位開關，與鉗位電容串聯的結構去取代傳統反激式電路中的RCD吸收電路，透過回收變壓器漏感能量至輸出端，提升轉換效率，還可以實現初級開關的零電壓開關。也就是說，有源鉗位的加入，可在減小開關損耗的同時提高開關頻率，進而減小變壓器的體積，實現高效率高功率密度的充電器設計。

段標：InnoSwitch4-CZ+ClampZero，結合PowiGaN技術

基於上述架構，Power Integrations已推出 InnoSwitch4-CZ 系列的高頻率、零電壓切換(ZVS)反激式切換開關IC。InnoSwitch4-CZ裝置結合採用Power Integrations PowiGaN技術的750V主開關和高頻主動箝位反激式控制器，進而提供適用於手機、平板電腦和NB的全新超小型充電器。PowiGaN切換開關與主動箝位解決方案ClampZero的結合使用，可實現高效和較小型的設計。

InnoSwitch4-CZ系列在一個小型InSOP-24D封裝中整合了750V切換開關、一次側和二次側控制器、ClampZero介面、同步整流和安全額定回授。高達140 kHz 的穩態切換頻率可實現變壓器尺寸最小化，進而進一步提高功率密度。

段標：提供高達95%的效率，縮小尺寸

與較早的主動箝位反激式相比，InnoSwitch4-CZ和ClampZero的組合，透過降低開關損耗和將浪費掉的漏感能量再利用，可提供高達95%的效率，並在線路電壓，系統負載和輸出電壓變化時保持非常高的效率。新增加的ClampZero晶片內部集成了有源鉗位開關用於回收漏感能量，內部集成高側開關及自偏置驅動控制器，可從低側連接到InnoSwitch4-CZ主控制器，接收控制信號。

值得一提的，整合氮化鎵開關的InnoSwitch4-CZ，可實現高功率密度、無需散熱片、最高輸出功率達110W的反激設計。綜合種種特性，InnoSwitch4-CZ和ClampZero可實現高度靈活的有源箝位反激(ACF)解決方案，而開關損耗的降低，可以使用更高的開關頻率，進一步減小變壓器尺寸和PCB面積。

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圖說：荷蘭商包爾英特台灣分公司資深技術應用經理林文明指出，InnoSwitch4-CZ和ClampZero的組合，可在減小開關損耗的同時，提高開關頻率。(DIGITIMES)