轻松快速提高电源效率的解决方法-郭春明

20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
FFP08S60SN STTH806TTI QH08TZ600 C3D06060
70.0%
80.0%
90.0% 100.0%
FFP08S60SN STTH806TTI QH08TZ600 C3D06060
20.0% 80.50% 81.70% 84.50% 84.70%
放电电阻损耗 (mW)
实测数据点 典型损耗RXCAP,DIS 采用CAPZero后的性能
~4 mW @ 230 VAC
© Copyright 2010 Power Integrations
X电容(nF)
8
230 VAC，750 ms时间常数 （提供可满足1秒最差情况的裕量以及 +/-20%电容容差和+/-5%电阻容差）
<<00..55 mmWW
© Copyright 2010 Power Integrations
4
另一个提高待机效率的应用范例
SENZero用于PFC和DC-DC级 额定高压MOSFET：650 V，在25 oC结温TJ下 使用多个SENZero满足3个以上通道的要求
© Copyright 2010 Power Integrations
使用CAPZero和SENZero可提升待机效率 使用600V Qspeed二极管可降低CCM PFC级中的开关损耗 使用300V Qspeed二极管可实现无缓冲电路工作
© Copyright 2010 Power Integrations
24
室内照明LED驱动电源发展趋势
更低的成本
3A, 4A, 6A, 8A, 10A, 15A, 20A
适用于交错并联CCM PFC的X系列600V双二极管，TO220AB封装
8A, 12A, 16A
2011年第2季度 2011年第3季度
2011年第4季度
2012年第1季度
© Copyright 2010 Power Integrations
13
反向恢复电流
8
6
4
2
ID(A)
0
-2
-4
-6
-8 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Time (ns)
H系列、Q系列、X系列、Tandem（串联）和超快速二极管Qrr值比较
© Copyright 2010 Power Integrations
14
14
超低Qrr
Qrr versus Junction Temperature
之后（采用CAPZero） 带小共模电感及 和 差模电感的大容量X电容
9
可满足设计要求的CAPZero产品系列
最大总 X电容 500 nF 750 nF 1 µF 1.5 µF 2 µF 2.5 µF 3.5 µF 5 µF
元件编号 (825 V) CAP002 CAP003 CAP004 CAP005 CAP006 CAP007 CAP008 CAP009
© Copyright 2010 Power Integrations
21
21
300V Q系列二极管可解决过冲问题并能实现无缓 冲电路工作
20CTH03S 缓冲电路 = 220pF和33 ohms Vpk = 332V 效率 = 82.4%
© Copyright 2010 Power Integrations
• 高频率工作可使设计师选择更 小的升压电感（节省成本）
• 小型升压电感使用更少的导线， 损耗更低
• 高频率下的总体损耗可低于低 频率设计的总体损耗
19 19
提升服务器电源的效率
Байду номын сангаас
V-In=115VAC, Ta=24.1ºC, P-MAX=780W, F-Bst=90kHz
89.00% 88.00% 87.00% 86.00% 85.00% 84.00% 83.00% 82.00% 81.00% 80.00%
3
通过在功率节省模式禁用电路功能块实现 功率节省
在待机期间断开未使用的高压通路 单芯片集成解决方案 与CAPZero配合使用可进一步降低待机/空载功耗
使待机功耗至少降低150 mW
1155~~4455 mmWW 1155~~4455 mmWW
2255~~5555 mmWW
<<00..55 mmWW <<00..55 mmWW
80.0% 85.30% 85.78% 87.81% 88.00%
90.0% 84.82% 85.60% 87.28% 87.50%
100.0% 84.41% 85.14% 86.91% 87.10%
四种主要类型的二极管在服务器电源应用中的性能比较
© Copyright 2010 Power Integrations
20
20
可达到与SiC二极管相当的效率水平
92.00% 90.00% 88.00% 86.00% 84.00% 82.00% 80.00% 78.00%
10%
20%
50%
75%
100%
CSD04060A QH05TZ600 QH08TZ600 QH12TZ600
三种Qspeed二极管与SiC二极管在500W服务器电源应用中的性能比较
LED推广的最大障碍是价格 2011年光源成本下降30% 驱动占到了灯具成本的30%
非隔离驱动渐成主流
可以降低磁性器件的价格 可以提高效率 可减小占用空间 单电压输入即可 优化设计，成本更低
© Copyright 2010 Power Integrations
25
D1 ES1J
C4 47 uF
30.0% 83.55% 84.02% 86.30% 86.50%
40.0% 84.70% 85.10% 87.50% 87.70%
50.0% 85.10% 85.50% 88.13% 88.10%
60.0% 85.42% 85.95% 88.19% 88.33%
70.0% 85.40% 85.82% 88.05% 88.21%
轻松快速提高电源效率的 解决方法
2012年4月
提升效率的简单方法
开关电源的发展趋势是必须满足越来越高的待机效率要求
这可以通过消除EMI滤波器环节及高压通路上的空载损耗来实现
对更高功率密度和高效率的需求 要求提高开关频率，因而须采 用高性能元件
使用高性能600V PFC二极管将CCM PFC损耗降至最小 在高压直流输出应用中，利用软开关整流管可实现无缓冲电路工作， 同
30 W standby 85% efficient 0.7% eff. improvement 1.4% eff. improvement 3.7% eff. improvement
© Copyright 2010 Power Integrations
11
Qspeed混合PiN Schottky技术提供比SiC更低 的开关损耗
70 STTH806TTI-Qrr
C3D08060-Qrr
60
LQA08TC600-Qrr
QH08TZ600-Qrr
50
40
30
20
10
0 25C
50C
75C
100C
125C
Tandem（串联）、SiC、Q系列、H系列二极管Qrr值和Tj的关系
© Copyright 2010 Power Integrations
5
超低待机功耗的两通道和三通道版本
元件编号 SEN012 SEN013
断开通道 2 3
230 VAC时的待机功耗 <1 mW <1.5 mW
650 V 低漏电流MOSFET
© Copyright 2010 Power Integrations
本图显示的是两通道(SEN012)版本
6
消除放电电阻中的损耗–CAPZero X电容主动放电
参考设计1：低压输入超低成本的设计
总共14个器件 单面板 高效率 最低成本
+1
BR1
F1 MB6S
L
10R
3
4
N
2-
L1 2.2mH
R1 4.7K
C1 220 nF
C3 100nF
FB BP
长度30mm
L2 1500 uH EE10
D
U1
S
SC1117DG
C2 470 nF
R2
C6
22 R
10 uF
12
Qspeed二极管产品系列
H系列 最低Qrr （开关损耗 最低）
Q系列 最软反向恢复 （最适合EMI
控制）
X系列 最佳值 （成本最低， 低Qrr）
H系列是开关频率>80Kh的SiC二极管的低本高效替代产品。 适用于CCM PFC的H系列600V，TO-220AC封装（隔离式） 3A, 6A, 8A, 12A
元件编号 (1000 V) CAP012 CAP013 CAP014 CAP015 CAP016 CAP017 CAP018 CAP019
© Copyright 2010 Power Integrations
10
CAPZero SOIC-8
待机效率提升示例
电源中可消除的待机损耗
2 µF的总X电容可在230 VAC下产生147 mW的放电电阻损耗 三个高压(325 VDC)通路的总损耗为150 mW
可自动消除来自X电容放电电阻损耗的创新器件
施加AC电压后：放电通路开路 断开AC电压后：X电容放电以满足安全要求
可使设计满足严格的待机/空载功耗要求，无需重新设计
© Copyright 2010 Power Integrations
7
CAPZero允许增大X电容的值，而不会带来 额外损耗
22
300V Q系列二极管可提升效率
宽范围DC-DC (18-75V) 75VDC输入 100°C基板温度
© Copyright 2010 Power Integrations
LQA16TC300 无需缓冲电路 Vpk = 289V 效率 = 84.6%
23
总结
使用已证实可靠的简单器件可轻松提升效率
© Copyright 2010 Power Integrations
18
18
Qspeed可帮助提升CCM PFC应用中的效率
超快速
© Copyright 2010 Power Integrations
Qspeed
• 设计师之所以选择低频率是因 为超快速二极管会造成损耗
• 使用Qspeed可做到以更高频率 工作
CAPZero可提高EMI滤波器设计的灵活性
允许使用更大容量的X电容，而不会增加待机损耗 增大X电容以降低CM/DM扼流圈滤波
满足EMI规范 提升效率 减小元件尺寸/省去元件可带来空间和成本的节省
之前 带大共模电感及 差模电感的小容量X电容
© Copyright 2010 Power Integrations
15
15
反向恢复电流导致开关损耗
二极管恢复 电流
变成开关 电流
© Copyright 2010 Power Integrations
16
16
开关损耗随频率而增大
开关电流 增加导通损耗
© Copyright 2010 Power Integrations
17
17
Qspeed可降低开关损耗
Qspeed降低了开关电流， 从而降低导通损耗
新！ H系列600V D2Pak（隔离式）
适用于CCM PFC的Q系列600V，TO-220AC封装（隔离式） 3A, 5A, 8A
新！ Q系列200/V
适用于开关电源输出整流二极管的Q系列300V双二极管 6A, 10A, 16A, 30A
适用于CCM PFC的X系列600V（TO-220AC、D2Pak、 FullPak封装）
时不会增加EMI和电压应力
© Copyright 2010 Power Integrations
2
创新的IC可提升待机效率
消除损耗
提高待机效率 改进现有设计或在新设计中实现
CAPZero
SENZero
电容主动放电 + 高压信号断接 = 功率节省！
© Copyright 2010 Power Integrations
阳极
缓冲层 阴极
肖特基触点
低稳压值/高速肖特基
低漏电流/高阻P-N
深沟道P-Wells提供Qrr
P-Wells
提供比SiC肖特基二极管更低的开关损耗 能以显著低的成本且在>80Khz的开关频率下达到与SiC二 极管相当的效率
© Copyright 2010 Power Integrations
消除291 mW的净损耗可提升待机效率
100% standby load 50% standby load 20% standby load
20 W standby 85% efficient 1.1% eff. improvement 2.2% eff. improvement 5.6% eff. improvement