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“公司一直强调多元化市场战略,消费市场是我们的重要终端市场之一,与企业数据、存储和计算、汽车等领域共同推动收入增长。”MPS CEO Michael Hsing近日在投资者电话会议中提到。
MPS AC/DC 产品总监黄万年也表示,虽然电源管理领域目前最火的当属服务器市场,增速也最快,但目前量还不够大,传统的电源依然有较大的市场容量,也同样有着创新机会。
AC/DC电源技术趋势与市场分类
黄万年具体解释道,AC/DC电源市场目前大致可分为嵌入式电源以及外部电源两大类,其中嵌入式电源集成于设备内部,比如汽车、PC、电视、冰箱、洗衣机等等,而外部电源则是手机、笔记本等低压类产品。
不同的应用对于电源的需求并不相同,比如对于嵌入式电源而言,最重要的需求是长寿命,免维护。而对于外接式电源而言,对安规、尺寸、功率密度以及成本等方面的要求更高。
电源的三大发展方向
不过无论哪种电源,都有几大核心诉求,黄万年详细列举了三大核心方向。分别为低碳化、小型化以及智能化。
在低碳化方面,这也是目前无论电源厂商还是相关产业都最为关注的话题,不止是可以减少电费,更重要的是助力节能减排的升级。也正因此,全球能效标准都在不断升级过程中,黄万年例举了国标GB20943,其规范了包括平均效率、轻载效率以及待机功耗等等各场景下的要求,有些要求甚至是全球最为严格的标准。
黄万年表示,实际上电源技术的变化大部分都是由于标准的演进而改进的,“不管原来的产品做到了什么性价比,但是一旦标准提升,就必须重新设计。”每隔几年标准就会升级一次,这背后主要是芯片技术的进步所带来的。
小型化的背后,是功率密度的不断提升,比如手机充电器从2005年3.5W/英寸³到如今65W产品达0.7W/英寸,甚至100W以上。功率密度的提升主要通过几种方式进行,包括更高集成度,更高效率以减少散热,更小的分立组件等等方式,这需要通过拓扑、散热设计以及机械设计等等多方面演进。
黄万年特别强调,对于AC/DC而言,功率密度提升难度要远大于其他,主要原因是EMI滤波器的尺寸很难做小,另外则是变压器的设计越来越难,随着频率的提高,磁芯发热会越来越大,需要仔细设计。
另外,则是存在着安规要求:高压隔离设计,对于爬电间隔等有严格要求,因此会增加设计复杂度以及体积。
在小型化提高效率方面,拓扑是一个关键,尽管相比数字电路,模拟电路的拓扑演进相对较慢,但依然在发展。
黄万年盘点了一些常见的拓扑。比如高压Buck,属于无隔离,功率<10W(如辅助电源)。另外是单极反激,带变压器隔离,功率通常<75W。
以及大功率常见的双极拓扑:前级PFC+后级Flyback,功率>75W(如100W以上适配器),效率更高但体积更大,需要前级PFC,不过黄万年也表示,随着法规越来越严格,比如照明灯具等甚至20/30W的都需要PFC。
关于新型拓扑,黄万年提到了ZVS(零电压开通软开关),实现零电压开通,从而将效率提升1-2%,不过带来的问题是组件增加了很多,在成本和面积方面都需要让步。
黄万年还提到了新兴的第三代产品,特别是氮化镓(GaN),可以提升开关频率,降低开关损耗,减少周围组件尺寸,这也是如今越来越流行的快充方案。他强调,目前氮化镓的成本已经和硅很接近,在200W以上的消费类产品中,氮化镓一定是主流应用。
在智能化方面:随着AC/DC的功率越来越大,以及USB PD 3.1协议的普及,需要适配协议,以及支持各类状态监控功能,也使得如今的AC/DC电源变得越来越追求数字化的功能。“实际上以前工业电源中的PMBUS部分功能已经出现在消费类产品中。”
迎接AC/DC市场新趋势
MPS近期发布了两款新产品,NovoOne开关MPXG2100 系列和 PFC 稳压器 MPG44100 系列,满足了低碳化、小型化以及智能化的趋势,适用于包括快速充电市场、工业系统和消费电子产品等市场中。
NovoOne开关是MPS新开发的创新AC/DC电源管理产品系列,极高集成度的零电压开通反激式稳压器。其将初级反激控制器、氮化镓功率管、隔离电路、同步整流控制器和同步整流硅管,零电压开通控制集成在一个芯片上,使其成为一种超高集成度的解决方案。NovoOne 系列采用无需额外电路的零电压开通控制,显著降低空载待机功耗,和大幅提升满载和轻载效率, 同时缩短市场投放时间和减少物料清单成本。
MPXG2100反激式稳压器集成了符合GaN标准的原边驱动电路、GaN HEMT、副边控制器、副边理想二极管以及符合安全标准的反馈电路,因此兼具原边调节 (PSR) 和副边调节 (SSR) 的优势。
NovoOne系列采用容性隔离技术,可以省去连接原边和副边的光耦合器。
该系列器件还采用特有同步整流器 (SR) FET控制,可在非连续导通模式 (DCM) 下实现自适应零电压开关 (ZVS)。SR可以匹配原边驱动信号,因此可以在低压交流输入下以连续导通模式 (CCM) 安全运行。这减少了对输入大电容的需求,进一步提高了功率密度。

如图所示,MPXG2100A集成了众多功能,替代了分立的光耦,X电容,功率器件以及控制器等等,从而实现了“零增加成本”的ZVS,并且极大降低了产品尺寸。
MPG44100是一款集成GaN FET的准谐振(QR)、临界导通模式(CrM)或断续导通模式(DCM)多模式功率因数校正(PFC)稳压器。该器件以极少的外部元件实现了简单但高性能的有源PFC功能,它同时集成了电流采样功能,无需外部分流电阻,可确保更高的工作效率。
MPG44100采用基于输入线电压的两级自适应输出调节技术,可实现整体高效率运行。该器件还具备总线升压功能;与MPX2100/MPXG2100系列配合使用时,无需外部电路即可为受电设备(PD)应用提供峰值功率能力,同时将输出电容减少20%。
MPG44100采用增强型动态转换技术来改善负载瞬态压降,为系统可靠性及成本带来显著优势。此外,该器件具有极低的工作电流,典型情况下可实现低于20mW的待机功耗。
MPG44100在重载时以CrM模式工作并带最高频率限制,在轻载时则通过死区时间延长(DTE)技术降低工作频率,从而提高轻载效率。与传统的恒定导通时间(COT)控制相比,该器件在DCM模式下采用可变导通时间控制,可实现更低的总谐波失真(THD)。

如图所示,在PFC+反激方案中,MPG44100和MPXG2100两颗芯片,就可以实现一体化方案,相比以往可以节约25个元件。通过移除输入及输出二极管,使得效率提升,成本降低。
关于未来, 黄万年特别提到MPS正在开发的图腾柱PFC控制器——MP45000,比采用整流桥的常规升压式PFC高1.8%。黄万年表示,相比于DSP进行电源控制,专用的控制器可以节省功耗,尤其是对于消费类低功率产品而言,这是DSP较难进入的市场。
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