【導讀】USB PD 3.0和Type-C連(lian)接(jie)器(qi)的(de)普(pu)及(ji)使(shi)用(yong)，有(you)望(wang)使(shi)過(guo)去(qu)各(ge)行(xing)其(qi)是(shi)的(de)電(dian)子(zi)細(xi)分(fen)市(shi)場(chang)的(de)電(dian)源(yuan)適(shi)配(pei)器(qi)實(shi)現(xian)標(biao)準(zhun)化(hua)。旅(lv)行(xing)者(zhe)需(xu)要(yao)為(wei)筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦(nao)和(he)手(shou)機(ji)攜(xie)帶(dai)單(dan)獨(du)的(de)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)日(ri)子(zi)已(yi)經(jing)一(yi)去(qu)不(bu)複(fu)返(fan)了(le)。非(fei)原(yuan)廠(chang)適(shi)配(pei)器(qi)製(zhi)造(zao)商(shang)正(zheng)集(ji)中(zhong)精(jing)力(li)應(ying)對(dui)這(zhe)一(yi)新(xin)的(de)市(shi)場(chang)機(ji)會(hui)，力(li)爭(zheng)占(zhan)據(ju)一(yi)席(xi)之(zhi)地(di)。對(dui)於(yu)更(geng)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)的(de)高(gao)效(xiao)
、高性價比解決方案的需求從未如此強烈。

額定功率低於75W的適配器的組成元件包括：輸入濾波器
、二極管整流器、輸入和輸出電容、IC控製器、輔助電源、磁性元件、功率器件和散熱片。集成解決方案在縮小和簡化變換器方麵已經取得了長足的進步，剩下的最大元件就是磁性元件、輸入大電容、輸出電容和EMI輸入級。為了減小磁性元件的尺寸，在高頻AC/DC變換器的設計上投入了大量的研究和工程工作。然而，輸入大電容所占體積與適配器內的磁性元件相比卻差不多甚至更大。

Power Integrations推出了一款名為MinE-CAP的新IC，旨在解決通用輸入設計的輸入大電容的優化問題。MinE-CAP可確保在通用輸入設計中安全地使用額定電壓160V的電容，從而將大電容的體積最多減小50%。 

MinE-CAP是與低壓電容（圖1中的CLV）串聯放置的低阻抗開關電路。它可以監測CLV兩端的電壓，並在輸入電壓在閾值附近上升/下降時連接和斷開電容。MinE-CAP電路可與高頻功率變換級搭配使用，以最大限度地節省空間。

係統設計要點

通用電源適配器的經驗法則是
，當設計考慮的輸入電壓低至90VAC時
，選擇的直流母線電容值（以μF為單位）應為輸出功率要求（以W為單位）的1.5至2倍。對於僅高輸入電壓的應用，總電容可以大大降低。基於這一設計原理，MinE-CAP可以幫助設計人員大幅縮小輸入大電容的尺寸。

下圖所示為一個典型MinE-CAP應用的電路原理圖。

圖1：典型的MinE-CAP應用

CHV是高壓電容（額定電壓400V），通常占總電容的20％左右。CLV是低壓電容(160 V)，約占總電容的80%。電容容量的這種分配可使電容的體積最多減少50％，從而使適配器尺寸總體減少40％。

圖2：65W適配器的第一級優化

在圖2中
，上圖是一個典型的65W適配器，它需要一個400V、100µF的電容。下圖顯示了在完全相同的65W適配器設計中使用MinE-CAP所實現的空間節省。總輸入電容分為兩個160V、47µF電容和一個400V
、22µF電容。因此
，總電容實際增加了16%，同時，大電容體積減少了40%。

圖3：低輸入電壓啟動時采用的充電算法

典型應用

設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)現(xian)有(you)設(she)計(ji)並(bing)修(xiu)改(gai)輸(shu)入(ru)大(da)電(dian)容(rong)級(ji)，以(yi)減(jian)小(xiao)輸(shu)入(ru)級(ji)所(suo)占(zhan)用(yong)的(de)空(kong)間(jian)。這(zhe)樣(yang)，他(ta)們(men)可(ke)以(yi)縮(suo)小(xiao)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)外(wai)殼(ke)尺(chi)寸(cun)

，或(huo)者(zhe)相(xiang)反(fan)
，他(ta)們(men)可(ke)以(yi)在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)外(wai)殼(ke)中(zhong)增(zeng)大(da)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)容(rong)量(liang)


，以(yi)增(zeng)大(da)功(gong)率(lv)。

MinE-CAP的de另ling一yi個ge設she計ji用yong途tu是shi要yao求qiu峰feng值zhi功gong率lv輸shu出chu的de應ying用yong。越yue來lai越yue多duo的de板ban上shang協xie議yi芯xin片pian與yu被bei充chong電dian設she備bei進jin行xing雙shuang向xiang通tong信xin。這zhe些xie芯xin片pian通tong常chang會hui監jian測ce和he報bao告gao適shi配pei器qi的de溫wen度du、故障情況和功率輸出能力。設計人員正在利用這種雙向通信，提供1.5至2倍的標稱功率。這些峰值功率算法大大縮短了充電時間。然而，輸入大電容限製了峰值功率輸出能力。使用MinE-CAP，在相同的空間內可以大幅增加輸入大電容。這樣
，即使在低輸入電壓下，也能延長峰值功率輸出的持續時間。

MinE-CAP的工作方式

MinE-CAP可以精確地對CLV進行充電和監測電壓，隻有在需要最大輸入電容時
，才會在低輸入電壓下將該電容接入電路。MinE-CAP能夠根據需要在每個工頻周期內動態接入和斷開CLV。因此，電源在整個規定的輸入電壓範圍內都能平穩工作。對於圖2所示的設計，有效的低輸入電壓大電容總容量為116µF，而有效的高輸入電壓大電容總容量為22µF。

當係統處於高輸入電壓下時，MinE-CAP通過VTOP和VBOT測量CLV兩端的電壓差。它可調節CLV上的電壓，以在出現輸入電壓或負載階躍時支持功率輸出。

MinE-CAP的啟動

在傳統設計中，啟動時，進入大電容的浪湧電流會影響保險絲、整zheng流liu橋qiao和he電dian容rong的de可ke靠kao性xing，因yin為wei該gai電dian流liu隻zhi受shou線xian路lu阻zu抗kang和he輸shu入ru濾lv波bo器qi的de限xian製zhi。隨sui著zhe適shi配pei器qi額e定ding功gong率lv的de增zeng大da，浪lang湧yong電dian流liu也ye隨sui之zhi增zeng大da

，往wang往wang需xu要yao使shi用yongNTC熱敏電阻來保護保險絲和二極管橋堆。然而
，NTC熱re敏min電dian阻zu會hui降jiang低di係xi統tong的de整zheng體ti效xiao率lv，並bing在zai輸shu入ru級ji增zeng加jia一yi個ge發fa熱re點dian。因yin此ci，保bao險xian絲si和he二er極ji管guan橋qiao堆dui通tong常chang尺chi寸cun規gui格ge都dou偏pian高gao，而er熱re敏min電dian阻zu的de尺chi寸cun規gui格ge都dou偏pian小xiao，以yi減jian小xiao其qi對dui係xi統tong效xiao率lv的de影ying響xiang。

在MinE-CAP設計中，80%的大電容會在啟動時從電路斷開。在低輸入電壓啟動條件下(VIN<150VAC)
，MinE-CAP對CLV進行精確控製的主動充電。在低輸入電壓啟動條件下，在使能DC/DC變換器之前，必須對CLV進行預充電以支持全功率能力。MinE-CAP IC將內部高壓開關配置為電流源，為CLV提供精確、恒流的脈衝充電，請參見圖3。這種方法可以對CLV進行快速充電
，並確保電源在初始上電後不到250毫秒的時間內就能提供全功率。對CLV采用這種可控充電方式，可以使MinE-CAP設計省去浪湧NTC熱敏電阻，這有助於消除發熱點和提高變換效率
，從而改善整個係統設計。

對於高壓輸入應用(VIN>150VAC)，僅CHV支持全功率輸出。MinE-CAP對CLV進行緩慢充電
，並將電壓調節到電容額定電壓以下。這樣可以改善因輸入電壓跌落而導致的電源維持時間。

保護特性

除精確啟動控製外
，MinE-CAP還集成了一係列保護特性
，包括過溫
、引腳開路/短路故障檢測以及浪湧保護。如果發生故障
，MinE-CAP會從係統中斷開CLV。為了防止係統進一步損壞
，MinE-CAP通過L引腳將故障信息傳送到功率變換級。在正常工作條件下，該多用途引腳還用於將直流母線電壓信息傳送到電源控製器IC。

總結

在通常隻能使用額定值400V的電容的通用輸入設計中
，MinE-CAP允許使用額定值160V的電容，所節省的空間相當於采用更高的開關頻率所實現的空間。精確啟動控製無需使用NTC熱敏電阻，這並不會影響最終用戶的使用體驗。直流母線電壓和故障信息通過L引腳傳送到DC/DC變換器。將MinE-CAP與InnoSwitch IC係列器件搭配使用
，可最大限度地提高集成度、減少元件數量
、簡化布局並優化電源尺寸。

注：原載於Bodo''''''''''''''''s 功率係統
，2021年8月17日，作者：Chris Lee，Power Integrations產品推廣總監

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