电容隔离:一个基本构建块在未来的交流/直流电源转换

Zhihong Yu, AC / DC &照明产品营销经理,独立电力系统

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电容隔离是一个成熟的解决方案在过去十年来代替光耦合器在信号光电隔离器,隔离门司机,孤立的收发器,和其他应用程序188比分直播吧¹。然而,可能使用电容隔离代替光耦合器在离线适配器是常被忽视。这篇文章解释了为什么电容隔离可能是一个基本构建块在未来的交流/直流电源转换,如何超过其他隔离技术的性能,和它能带来的独特优势结束应用程序。188比分直播吧

为什么隔离和类型的隔离

本文中提到的“隔离”也指电隔离,用于隔离功能的电气系统,以防止直流流动。对电源的输入端可能是一个危险的高电压,输入必须从控制端或输出端电隔离(可能包括human-accessible终端)有足够的安全距离。如果发生任何故障在控制端,隔离屏障防止高电压达到用户和造成灾难性的结果。更详细的介绍电隔离参考1中可以找到。

例如,在电动汽车中,高压电池,动力传动系统是孤立的从低压电器各种孤立的各个子系统的链接。另外一个例子,AC / DC充电器需要通过UL提供隔离保护,作为输出通常是向用户提供。但是,物联网设备可能不需要隔离从AC,等的AC / DC部分设备没有直接接触最终用户在正常操作。

一个电隔离障碍是基于光学、磁或电容隔离(见图1)^2、3。基于光学技术是发光二极管(LED)的和被广泛用于AC / DC转换输出反馈。然而,光耦合器可以降低这些设备的可靠性受到老化,温度漂移和不同电流增益的问题。有时,第二个光耦合器需要额外的过电压保护(OVP)和占用相当多的PCB空间。很容易看到两个大的光耦合器占用多少空间小5 w苹果适配器参考4⁴。

磁隔离可以通过使用耦合电感器。流行的磁性物质形态隔离在AC / DC转换是使用一个特殊的用工具加工引线框架形成磁主要和次要方面之间的联系。根据文献[1]、磁隔离电磁干扰,可以敏感和高磁场强劲,普遍在某些应用程序中,如空调系统和工厂自动化涉及汽车。188比分直播吧

图1:各种电隔离技术

电容隔离,这是由添加电容隔离屏障的死连接在系列中,数字电路用于编码和解码各种信号通过隔离屏障。电容隔离器无法通过隔离直流信号使它本质上正确的选择,这就是为什么它是广泛应用于敏感和重要的应用,如电信和工业强国。188比分直播吧电容式光电隔离器不容易受到磁噪声但能保持高数据速率和保持低功耗。电容隔离也可以双向传输信号,而光耦合器是单向的。参考3电容耦合提出了一些担忧,但是使用专有的设计方法,通过隔离势垒电容电流和高dV / dt常见噪声不会影响扫描逆程控制器在正常操作。

在适配器电容隔离的关键利益

电容隔离在适配器的第一个好处是完全二次回扫转换器的控制。

USB功率输出快速充电器,制造商预计将增加更高的权力他们现有的适配器组合,但仍然在一个合理的规模小。这需要高频扫描逆程控制器,二级同步整流器,效率高⁵。这里的挑战是维持良好的沟通从主要到次要在高频率,以阻止他们同时打开,造成严重的问题。电容隔离提供了一个简单的解决之道。如果逆程控制生成的二次侧,断开控制器可以感知的同步整流器(SR)和打开的回程迅速通过电容隔离链接。自从从次要到主要传播延迟很短,它提供了安全运行和高频率操作的潜力。因此,老用户一个真正简单的解决方案在一个完整的操作集成到一个单一的集成电路相比,单独的主要和次要的困难设计控制器通常需要在optocoupler-based反激电源。

第二个好处是,电容比光耦合器隔离提供了更高的可靠性。根据参考6,电容在光耦合器隔离有几个优点,下面列出⁶:

• 更快的传播时间和更好的参数稳定过电压和过热。
• 更低的failures-in-time(适合)比光耦合器和扩大工作温度范围为-40 + 125°C。隔离屏障一生也是光耦合器的几倍。硬件部分匹配比光耦合器所使用的过程更紧。
• 电容耦合输出低或高,没有模棱两可的输出状态中发现光耦合器和优秀的阈值稳定过电压和过热。
• 更快、更精确的时间、操作功耗更低,减少了内部更好的CMTI寄生耦合。

电容隔离的第三个好处是小的材料清单(BOM)。自电容耦合可以集成在集成电路内部,适配器可以代替逆程控制器,控制器,光耦合器和电阻/电容需要在单个集成电路解决方案(见图2)。这种一体化的逆程电容耦合集成电路可能降低USB PD适配器BOM ~ 50%。

电容隔离的第四个好处是其潜在的支持软切换。在过去,软切换,如ZVS或主动夹,非常难以实现沟通从次要主面。然而,随着电容耦合,各种开关的寄生参数可以方便地排放完美的时机实现软开关,提供更高的效率和可靠性,准确控制。

的MPX2001

的MPX2001从整体电力系统(MPS)是第一个公布IC集成电容耦合的回程转换器控制。的MPX2001集成了一个主要的驱动电路、电容隔离和同步整流驱动程序都在一个芯片(参见图3)。

这种集成电路的一些关键特性包括:

• 4.5 kvrms隔离,100%生产耐压测试,UL1577和IEC 62368安全批准
• 极低待机功耗的< 20 mw
• 为启动650 v集成高压电流源
• 老200 v集成控制器,同时支持DCM和CCM的操作
• 4平均效率> 91%
• 完整的保护功能,包括OVP, POCP OLP,暗光,SCP, OTP, UVLO
• 可调电缆下降补偿

图3:MPX2001基本原理

图4显示了一个认证45 w USB PD适配器的基础上创建的MPX2001和柏树CCG3PA USB PD协议IC。董事会显然有一个简单的显示BOM相比过去的解决方案。

图4:MPX2001-Based 45 w USB PD的笔记本电脑适配器充电(目前受限于计算机BMS不是电源)

此外,由于电容耦合允许次级控制的反激变换器控制器作为一个一体化的解决方案,这将打开一个很大的机会为未来的芯片组。例如,USB PD控制是由二次侧PD协议通信IC。这可以完全集成一个两全其美的办法来达到降低待机能耗,董事会规模较小,整体规模较小的BOM。

另外一个例子,许多商业LED照明装置由0-10V模拟调光器或数字控制PWM dimmers8。两个调光器控制导致电力供应在通过一个小隔离变压器二次侧和10多个外部组件。这些也有可能被集成到二级控制,成为一个一体化的解决方案LED照明。

此外,数字电源控制在高端电源设计,很多服务器电源,MCU / DSP与电容主要和次要方面使用孤立的司机和沟通。这种解决方案需要初始投资高,总体成本高,开发周期长。在电容隔离现在可用在模拟芯片,数字控制的优势在未来可以应用在更多的应用程序更敏感。188比分直播吧

总结

本文介绍了为什么电容隔离一个更好的整体隔离技术,如何申请电容隔离AC / DC转换,以及次级控制可以提供许多潜在的优势在未来的交流/直流电源转换的设计。的MPX2001从议员是一个理想的一体化解决方案集成电容耦合的回程转换器控制。老的更详细的扫描逆程控制器,控制器,和其他AC / DC IC来自国会议员的信息,请访问www.hkjx8866.com或者联系你的当地议员销售办事处。

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¹https://training.ti.com/zh-tw/introduction-isolation?cu=1135015
²https://www.silabs.com/documents/public/white-papers/CMOS-Digital-Isolators-WP.pdf
³http://www.powerguru.org/psu-ics-use-innovative-technology-to-reduce-25w-charger-cost-and-bom-count/
⁴http://www.righto.com/2012/05/apple-iphone-charger-teardown-quality.html
⁵立法在采用同步整流器供电效率要求在离线的力量,https://www.allaboutcircuits.com/industry-articles/legislation-in-power-supply-efficiencies-calls-foradopting-synchronous-rec/
⁶https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/AN731.pdf
⁷http://www.ti.com/tool/tida - 00702 # 1
⁸https://www.dialog-semiconductor.com/sites/default/files/EBC980B_Reference_Design.pdf

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