AC/DC轉換器解決方案

對更大節能的需求不斷增加。對于產品設計人員來說，這意味著要關注功率器件的關鍵參數，包括高效率和低待機功耗。對于 AC/DC 轉換器，能量傳輸和轉換需要仔細設計以及通過測試和測量進行優化。

AC/DC轉換器的目的是將輸入的交流信號轉換為可變的直流電壓，然后通過濾波器對其進行優化，以獲得未穩壓的直流電壓。AC/DC轉換器主要用于消費類設備、醫療設備、工業和過程控制系統、測量設備、半導體制造設備和國防應用。

例如，在智能家居中，功率設備實現了用于 AC/DC 轉換的高效硬件，旨在減少能量損失并顯著節省成本。智能家居和智能辦公室需要具有許多節點、執行器和低功耗“始終開啟”傳感器的網狀控制系統。

AC/DC 轉換器的開發和選擇可能成為真正的挑戰。然而，業界提供越來越多的集成創新功能并縮短開發時間的集成電路。

選擇 AC/DC 設備

AC/DC 控制器的選擇與幾個因素有關。拓撲、控制算法和性能只是其中一些關鍵方面。

保護功能也是電力系統中必不可少的安全性和可靠性方面。有幾種類型的保護，包括與輸入(過壓和輸入壓降)、輸出(過載、短路、反向電壓和過壓)和溫度(過熱和環境溫度升高)相關的保護。很多時候，為了滿足特定要求，高度集成的解決方案通常比分立元件提供更高的性能和更低的功耗。

AC/DC 轉換器通常需要良好的開關來實現高能效。這可以通過碳化硅 (SiC) 等創新工藝和技術來實現。

每個設備總是受到可變性的影響，但精心設計的系統必須為這些裕量提供穩健性。使用高度集成的 AC/DC 轉換器減少了設計誤差的可變性，并允許魯棒性和參數容差。

解決方案

一個例子是 RECOM Power GmbH 的低功率 AC/DC 產品組合的最新成員，即用于家庭和 ITE 應用的 RAC04-K/277 模塊。提供 4kV 絕緣和 –40°C 至 90°C 的工作溫度，使其適用于各種工作條件。這些模塊提供高達 150% 的峰值負載能力，以滿足動態功率要求。此外，這些模塊還提供 80 VAC 至 305 VAC 的輸入電壓范圍，可滿足所有地域要求。

RAC04-K/277 AC/DC 模塊還為浮動輸出提供了增強的 II 類隔離等級，并且在沒有外部組件的情況下具有 B 類排放合規性的寬裕度，這使得它們易于安裝(圖 1)。

圖 1：RECOM RAC04-K/277 系列(圖片：RECOM)

RECOM 還提供 3-W 解決方案 RAC03-K，適用于廣泛的工業應用。兩種解決方案都支持 Ecodesign Lot 6 待機模式操作，適用于自動化、工業 4.0、物聯網和家庭自動化領域的全球應用。

ROHM Semiconductor 的 BM2SCQ12xT-LBZ 系列 AC/DC 轉換器針對工業應用進行了優化，包括用于大功率設備的逆變器。該系列集成了 1,700-V SiC MOSFET，與現有的硅功率器件相比，可提供更高的能效、小型化和更高的電壓容量。低壓 SiC MOSFET 和 IGBT 的使用限制了輔助電源的節能量。

該系列通過解決設計人員使用分立解決方案遇到的許多問題，促進了 AC/DC 轉換器的高效設計。與傳統設計相比，這些器件減少了所需的部件數量(從 12 個部件加散熱器到單個 IC)，這要歸功于集成的 SiC MOSFET 和優化的控制電路。

該設備將能源效率提高了 5%(并將功率損耗降低了 28%)。這些特性可在工業應用中大幅減小尺寸、提高可靠性和出色的節能效果(圖 2)。

圖 2：ROHM 的 BM2SCQ12xT-LBZ 的典型應用電路(圖片：ROHM Semiconductor)

Infineon Technologies AG 的最新一代 AC/DC CoolSET 集成功率級是通過在 DIP 封裝 7 和 DSO-12 中集成其最新系列 CoolMOS P7 700-V 和 800-V 超結 MOSFET 實現的。

準諧振 CoolSET 系列集成智能數字算法，允許脈寬調制 (PWM) 控制器優化不同交流線路輸入工作條件下的開關頻率變化。該系列適用于開關模式電源 (SMPS) 應用，例如家用電器(例如洗衣機、冰箱和空調)、機頂盒、LCD/LED 顯示器、電信/服務器、和通用電源，最大輸出功率高達 43W。

基于 Power Integrations 氮化鎵 (GaN) 的 AC/DC 轉換器在滿載時提供高達 95% 的效率。所有三款器件(InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP 和 InnoSwitch3-Pro)都將初級、次級和反饋電路整合到一個表面貼裝封裝中。InnoSwitch3-CP 和 -EP 變體是硬件可配置的，而 InnoSwitch3-Pro 具有用于軟件設定點控制、異常處理和安全模式的數字接口(圖 3)。

圖 3：Power Integrations 的 InnoSwitch3-Pro 的典型應用電路(圖片：Power Integrations)

STMicroelectronics 的高壓 AC/DC 轉換器集成了先進的 PWM 控制器和高壓功率 MOSFET，適用于 SMPS。該產品組合由 VIPer、VIPerPlus 和 Altair 系列組成，提供多種拓撲選擇，包括具有隔離或非隔離實現的近諧振、反激和降壓配置。

VIPer 系列提供 700-V HV 垂直功率 MOSFET，而 VIPerPlus 系列具有堅固的 800-V 功率 MOSFET 和最先進的 PWM 控制器，待機功耗低于 30 mW(265 VAC 時)。Altair 系列集成了一個 900V MOSFET 和一個 PWM 控制器，專為無需光電元件的實施而設計，從而減少了元件數量。

Dialog Semiconductor 的 AC/DC 轉換器為嵌入式系統提供獨立的數字控制器和數字控制器，這些控制器采用 PrimAccurate 和 AccuSwitch 技術，可減少外部組件的數量。Dialog 的數字控制內核通過將空載功耗降至幾乎為零并通過實時波形分析改善負載和線路調節來提高能效。

一個例子是 Dialog 的 iW673 同步整流器控制器，它模擬反激式次級側的二極管整流器與 MOSFET 相結合，以減少傳導損耗。該功率器件采用專有的自適應數字關斷控制技術。這最大限度地減少了同步整流器的關斷時間，從而可以消除傳統同步整流器所需的并聯肖特基二極管。控制器的工作功耗，不包括驅動器，在空載時小于 4 mW(圖 4)。