以前，當(dāng)電源工程師面對(duì)300W、400W的功率需求時(shí)，擺在面前的似乎只有一條路：放棄簡(jiǎn)單可靠的反激拓?fù)洌D(zhuǎn)身投入LLC諧振拓?fù)涞摹皯驯А?。雖然LLC諧振拓?fù)渚哂懈咝?、高功率密度和低電磁干擾等顯著優(yōu)點(diǎn)，但也存在若干缺點(diǎn)，比如更復(fù)雜的控制環(huán)路、更多的外圍器件、更棘手的磁件設(shè)計(jì)……為了功率等級(jí)，代價(jià)是成倍增加的開發(fā)難度。

如今，這個(gè)“中高功率必選LLC”的行業(yè)信條被正式打破——深耕高壓高能效功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的知名公司Power Integrations（以下簡(jiǎn)稱“PI”）用一項(xiàng)顛覆性技術(shù)重新定義了反激拓?fù)涞倪吔纾浣杖峦瞥龅?strong>TOPSwitchGaN?反激式IC系列產(chǎn)品將傳統(tǒng)反激拓?fù)?50W的功率上限一舉拓展至440W，旨在讓中高功率電源設(shè)計(jì)回歸簡(jiǎn)潔。

從30億顆芯片到氮化鎵的融合

作為PI當(dāng)家花旦產(chǎn)品之一，TOPSwitch自1994年首次推出以來，便成為了中小功率AC/DC電源設(shè)計(jì)中的一大主流方案。

“這顆將高壓MOSFET與低壓控制器集成于三引腳單片IC的芯片，目前已累計(jì)實(shí)現(xiàn)全球出貨超30億顆，平均每個(gè)普通家庭中就有兩顆TOPSwitch芯片應(yīng)用于各類家電產(chǎn)品?！睋?jù)PI首席技術(shù)培訓(xùn)師Jason Yan介紹，TOPSwitch憑借高集成度和易用性，長(zhǎng)期占據(jù)家電、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的主流市場(chǎng)。而此次推出的TOPSwitchGaN系列，作為第七代TOPSwitch產(chǎn)品，更是在傳承經(jīng)典架構(gòu)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，借助氮化鎵（GaN）技術(shù)的革新，實(shí)現(xiàn)了反激拓?fù)涔β蔬吔绲目缭绞酵黄啤?/span>

要知道，傳統(tǒng)反激電源往往受限于硅器件的性能瓶頸，功率上限長(zhǎng)期被限制在250W以內(nèi)，若超過這一功率就必須采用半橋或LLC諧振等更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這不僅增加了設(shè)計(jì)難度，還推高了成本和體積。而TOPSwitchGaN的核心突破在于，它將PI成熟的PowiGaN技術(shù)與經(jīng)典的TOPSwitch架構(gòu)深度融合，并將800V耐壓的PowiGaN氮化鎵開關(guān)集成在IC內(nèi)部，將反激變換器的功率范圍擴(kuò)展至50W-440W，實(shí)現(xiàn)了從低功率到中高功率的無(wú)縫覆蓋，讓單端反激電路得以切入以往由LLC諧振拓?fù)渲鲗?dǎo)的應(yīng)用領(lǐng)域。

新IC關(guān)鍵技術(shù)特性與性能優(yōu)勢(shì)

據(jù)了解，TOPSwitchGaN采用了與TinySwitch-5相同的控制和電路架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)性能突破。

一是，功率與效率的雙重提升。得益于PowiGaN開關(guān)極低的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，該系列產(chǎn)品在10%-100%的全負(fù)載范圍內(nèi)，效率變化小于1%，最高效率可達(dá)92.8%，即使在115V低壓輸入場(chǎng)景下，效率也能穩(wěn)定在90%以上。這一特性徹底解決了LLC諧振拓?fù)湓谳p載時(shí)效率驟降的行業(yè)痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了全負(fù)載范圍內(nèi)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。不僅如此，產(chǎn)品空載功耗更是低于50mW，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)反激IC 80-100mW的水平，在300mW輸入限制下可提供210mW的待機(jī)負(fù)載輸出，能夠輕松滿足歐盟ErP等嚴(yán)苛的能源法規(guī)要求，支持家電時(shí)鐘顯示、告警提示等更多待機(jī)功能。

二是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與成本控制的全面優(yōu)化。依托氮化鎵器件的低發(fā)熱特性，該系列在50W-200W功率段可實(shí)現(xiàn)無(wú)外置散熱片設(shè)計(jì)，僅通過PCB板散熱即可穩(wěn)定工作，大幅降低了BOM成本和產(chǎn)品體積；而在300W-440W的高功率段，僅需簡(jiǎn)單加裝散熱片即可滿足散熱需求。與LLC諧振方案相比，TOPSwitchGaN反激方案的元件數(shù)量從104個(gè)精簡(jiǎn)至74個(gè)，且無(wú)需額外的前級(jí)PFC電路和輔助供電電源。這不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，還使電路板尺寸縮小近20%，顯著提升了產(chǎn)品的可生產(chǎn)性和成本競(jìng)爭(zhēng)力。此外，該系列與PI此前推出的TinySwitch-5 IC引腳兼容，便于客戶快速完成方案升級(jí)與替換，進(jìn)一步縮短了設(shè)計(jì)周期。

三是，數(shù)字控制與精細(xì)調(diào)節(jié)的創(chuàng)新突破。TOPSwitchGaN沿用了TinySwitch-5的數(shù)字控制架構(gòu)，其輸出電壓精度在單臺(tái)測(cè)試中可達(dá)±0.5%，批量生產(chǎn)時(shí)綜合調(diào)整精度優(yōu)于±5%，這為某些應(yīng)用場(chǎng)景提供了使用穩(wěn)壓管替代TL431的低成本方案。而導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)技術(shù)，則解決了低壓輸入時(shí)的滿載輸出問題，允許使用更小的輸入濾波電容。同時(shí)，150kHz的最高開關(guān)頻率在EMI與變壓器尺寸之間提供了設(shè)計(jì)權(quán)衡空間，給予工程師更多靈活性。另外，在動(dòng)態(tài)響應(yīng)方面，數(shù)字控制環(huán)路配合光耦反饋，實(shí)現(xiàn)了微安級(jí)控制電流，不僅響應(yīng)速度快，還允許使用更小的輸出濾波電容。以上這些細(xì)節(jié)優(yōu)化，共同構(gòu)成了TOPSwitchGaN在系統(tǒng)層面的綜合優(yōu)勢(shì)。

反激拓?fù)渑cLLC諧振拓?fù)涞牟町?/strong>