1078
近日，业内知名电源芯片品牌Power Integrations发布了两款产品，分别为内部集成750V PowiGaN™氮化镓开关的HiperPFS™-5系列功率因数校正(PFC)IC和节能型HiperLCS™-2芯片组，目标是270W中功率电源市场，比如电视机、具有USB PD接口的显示器、电动车及电动工具充电器、打印机及投影仪、常用适配器、PC主电源、游戏机、240W功耗的家电应用等。
图 | Power Integrations发布HiperPFS-5+HiperLCS-2芯片组
为什么要同时发布两个系列的芯片呢？这是因为在标准EN61000-3-2中对谐波电流分量是有明确要求的，所以当系统输入功率超过75W时，需要功率因数校正(PFC)，来保障保证输入电流跟输入电压同相位。但是额外增加前级PFC开关电路肯定会降低整个系统的效率，比如当PFC前级效率是97%，后级功率变换器的效率也是97%，那么该电源系统的等效效率就是94%（97%*97%），这对电源系统设计者来说无疑是一大挑战，因为效率低一定会带来发热，散热问题就会变得严峻，所以必须要将两级的效率都尽量做高。
基于以上考量，Power Integrations从解决方案的角度出发，同时发布前级PFC IC HiperPFS-5以及后级LLC芯片组合HiperLCS-2。接下来我们HiperPFS-5+HiperLCS-2为例来看一下中功率电源系统的构成。
图 | HiperPFS-5+HiperLCS-2可使200W以上的应用维持高效率
从上图中，我们可以看到橙色分界线左侧的就是前级的功率因数校正模块，橙色分界线右侧的就是后级的功率变换模块。
根据Power Integrations给到的数据显示，HiperPFS™-5的效率高达98.3%，在无需散热片的情况下可提供高达240W的输出功率，并可实现优于0.98的功率因数。
为何HiperPFS™-5的性能可以做到这么优秀？这是要得益于其特有的PowiGaN开关与准谐振、变频非连续导通模式升压PFC拓扑结构的结合。怎么理解？
图 | 低开关损耗和导通损耗PowiGaN开关
由于PowiGaN开关具有低开关损耗和导通损耗的特性，再加上无损耗电流检测，所以自身损耗可以做的非常低。
此外，HiperPFS-5创新的准谐振(QR)非连续导通模式(DCM)控制技术在不同输出负载、输入电压和工频周期内对开关频率进行调整。QR模式的DCM控制可减低开关损耗并允许使用低成本的升压二极管。相较于传统的临界导通模式(CRM)升压PFC电路，变频引擎可将升压电感尺寸减小50%以上。
图 | 变频DCM在正弦波形的峰值处具有更高的频率，因此升压电感可减小50%以上
图 | PowiGaN开关和变频的QR DCM工作确保整个输入及负载范围内的高效率
所以，HiperPFS-5 IC可以在整个负载范围内提供恒定的高效率，效率高达98.3%。HiperPFS-5 IC在满载时可提供高于0.98的功率因数(PF)。在轻载下，创新的功率因数增强(PFE)功能可减小输入滤波电容对功率因数的影响，即使在20%负载下也能保持0.96的高PF，且空载功耗仅为38mW。
值得一提的是，在世界各地的许多地方，电网可能非常不稳定，经常导致电源元件出现过电压损坏。HiperPFS-5 IC可以在高达305VAC的输入电压下保持高功率因数，并且可在输入电压骤升至460VAC期间连续工作。
图 | 前级功率因数校正电路解析
此外，HiperPFS-5 IC还集成了Power Integrations的X电容自动放电(CAPZero™)功能，包括满足安规要求的冗余引脚设计以及启动时高压自供电功能 - 所有这些都集成在一个超薄的InSOP™-T28F SMD功率封装当中。
封装中的裸焊盘电位为开关管的源极，在提供有效散热的同时可降低EMI滤波方面的成本。数字式输入电压峰值检测可确保提供可靠的性能，即使在不间断电源(UPS)或发电机供电所产生的电压出现畸变的情况下仍能保持稳定。
分析完前级电路，我们来看一下后级功率变换器的部分。根据Power Integrations高级产品营销经理Edward Ong的表述，“如果将HiperPFS-5 IC与我们新推出的HiperLCS™-2芯片组或InnoSwitch™4-CZ有源钳位反激IC搭配使用，设计工程师可以轻松超越最严格的效率标准，同时将物料清单缩减一半，设计出精致小巧的超快速充电器。”我们不难看出HiperLCS™-2芯片组对LLC谐振功率变换器的设计和生产的简化作用。
图 | HiperLCS™-2芯片组
话不多说，我们来看一下HiperLCS™-2芯片组的组成。该双芯片解决方案由一个隔离器件和一个独立半桥功率器件组成。其中的隔离器件内部集成了高带宽的LLC控制器、同步整流驱动器和FluxLink™隔离控制链路。而独立半桥功率器件则采用Power Integrations独特的600V FREDFET，具有无损耗的电流检测，同时集成有上管和下管的驱动器。
图 | 后级功率变换模块解析
Power Integrations资深技术培训经理Jason Yan表示：“相比独立控制器加分立MOSFET的谐振变换器的传统方案（采用传统的单开关拓扑架构），Power Integrations将FREDFET和磁感耦合的FluxLink技术应用于LLC拓扑结构，减少了与LLC拓扑相关的设计限制，不仅体积小，易生产，而且还能使效率达到98%，元件数量减少40%，并且无需使用占用空间的散热片和可靠性不高的光耦。”
图 | HiperLCS-2芯片组可实现98%以上的LLC变换级效率，且整个负载范围维持恒定
值得一提的是，基于HiperLCS-2芯片组的电源设计可在400VDC输入下实现低于50mW的空载输入功率，并提供持续的高精度输出，轻松符合全球最严格的空载和待机效率标准。由于HiperLCS-2器件可在整个负载范围内维持恒定的高效率性能，自身功耗非常低，因此在220W连续输出功率、170%峰值功率能力的适配器设计当中，只需要使用FR4的PCB板直接进行散热即可，不需要额外增加散热模块，既节省了系统成本，又可缩小电源整体体积，从而适应应用生态中的小型化趋势。
对于芯片本身的供电问题，所有HiperLCS-2系列器件都具有自供电启动功能，同时还能够为使用HiperPFS™IC实现的PFC功率级提供启动偏置供电。次级侧检测的方式可保证在不同输入电压下、整个负载范围内以及大批量生产时具有小于1%的调整精度。相较于传统的光耦，使用Power Integrations的FluxLink技术进行安全隔离，其高速的数字反馈控制可提供更快的动态响应特性以及极佳的长期可靠性。
图 | HiperPFS-5准谐振PFC控制器IC型号
图 | HiperLCS-2 IC型号
关于供货，目前Power Integrations推出了参考设计DER-672，可供希望评估HiperPFS-5准谐振PFC控制器IC和HiperLCS-2 IC的设计工程师下载。价格方面，HiperPFS-5基于10,000片的订货量单价为每片2.34美元，HiperLCS-2芯片组基于10,000片订购量的单价为3.20美元。
