Debido a los requisitos muy estrictos de alta eficiencia, bajo consumo de energía y tamaño reducido en los dispositivos electrónicos modernos, cada vez es más difícil satisfacer la demanda de ahorro de energía. Los convertidores CA/CC, que se utilizan ampliamente en aplicaciones de suministro de energía, requieren una mayor optimización del circuito. El diseño de convertidores CA/CC, que generalmente implica el uso de transformadores y voltajes altos, presenta un desafío cada vez mayor para los diseñadores. Sin embargo, este desafío se ve parcialmente facilitado por el creciente número de circuitos de control integrado en el mercado que pueden simplificar el diseño de convertidores CA/CC de alta eficiencia y reducir el número de componentes externos y el tamaño total del circuito. .
convertidor flyback
Convertidor Flyback mostrado en Figura 1, es una de las topologías más utilizadas para crear fuentes de alimentación y cargadores. El circuito requiere transistores de alta frecuencia de conmutación, un transformador (que puede garantizar el aislamiento galvánico entre la entrada y la salida) y algunos otros componentes. El principio de funcionamiento es que el transistor Q almacena energía magnética en el núcleo del transformador.1 Transfiera a la carga cuando el transistor esté apagado.
Figura 1: Topología del convertidor Flyback
Cuanto mayor sea la frecuencia de conmutación, menor será el convertidor. Sin embargo, la frecuencia de conmutación está limitada por varios factores. El primer factor es la inductancia de fuga del transformador. FET Q cada vez1 Cuando se conmuta, la energía almacenada por la inductancia parásita del transformador es disipada por el circuito de abrazadera que consta de R.1C1y D1Si la frecuencia de conmutación es demasiado alta, las pérdidas de potencia serán demasiado altas y el convertidor corre el riesgo de sufrir daños irreversibles. Para superar este problema, se usa una solución llamada sujeción activa usando un segundo transistor Q.2y un condensador. En lugar de intentar disipar la energía de fuga a través de una resistencia, la sujeción activa la almacena en un condensador de sujeción y la reutiliza en la carga. Al aplicar el control de abrazadera activo, también es posible lograr la conmutación de voltaje cero (ZVS), una condición que mejora en gran medida la eficiencia del convertidor. Un ejemplo de un convertidor flyback con abrazadera activa es Figura 2en este caso el transistor de abrazadera Q2 Es un FET de canal P.
Figura 2: convertidor Flyback con abrazadera activa
Además, el uso de transistores GaN en lugar de transistores FET de silicio regulares requiere mucha menos energía para alcanzar el estado ZVS y frecuencias de conmutación más altas, lo que permite la miniaturización del circuito. La sujeción activa requiere un circuito de control inteligente que pueda actuar muy rápidamente. Un circuito de bloqueo activo mejora la eficiencia al reciclar la energía de fuga que de otro modo se consumiría y reduce las pérdidas de conmutación. Además, la conmutación suave de los FET de abrazadera activa y el bajo voltaje de conmutación dan como resultado una EMI baja.
Convertidor Silanna ACF
Con sede en San Diego, California, Silanna Semiconductor se dedica a proporcionar dispositivos con la mejor densidad de potencia y rendimiento de eficiencia de su clase, ayudando a los clientes a lograr ahorros de BoM sin precedentes. Los circuitos integrados convertidores de potencia CA/CC y CC/CC de Silanna Semiconductor utilizan la última tecnología de dispositivo y control digital y analógico para adaptadores de viaje, adaptadores para portátiles, fuentes de alimentación para electrodomésticos, medición inteligente, computación, iluminación y aplicaciones industriales. mostrar las fuentes de alimentación. Los dispositivos SZ1110 y SZ1130 son controladores PWM de pinza activa flyback (ACF) totalmente integrados que integran un controlador PWM digital adaptativo con los siguientes componentes de ultra alto voltaje: FET de pinza activa, controladores de compuerta de pinza activa, regulador de arranque Para hacer. Este nivel de integración sin precedentes facilita el diseño de adaptadores eficientes y de alta densidad de potencia con un bajo costo de BoM para satisfacer los requisitos de los teléfonos móviles, tabletas, computadoras portátiles y consolas de videojuegos que consumen mucha energía. Estos dispositivos facilitan el diseño de un controlador flyback simple con todas las ventajas del diseño ACF, como reciclar la energía de inductancia de fuga del transformador flyback y limitar los picos de voltaje de drenaje del FET primario durante el evento de apagado. Empleando la arquitectura de control digital OptiMode de Silanna, el SZ1110 y el SZ1130 ajustan el modo de operación del dispositivo ciclo por ciclo para mantener una alta eficiencia, baja EMI, regulación de carga dinámica rápida y otros parámetros críticos de energía. Como resultado, una implementación totalmente de silicio de una fuente de alimentación CA/CC de entrada universal de 65 W puede lograr una eficiencia superior al 94 % y mantener una curva de eficiencia plana en diversas condiciones de carga/línea/temperatura.
Además, la frecuencia de conmutación está limitada dentro de una banda de frecuencia estrecha para simplificar el filtrado de EMI. Además, el control digital adaptativo de la acción de sujeción activa permite un encendido casi ZVS del FET primario y bloquea el voltaje de drenaje durante el apagado, lo que mejora aún más la eficiencia y reduce la EMI. A diferencia de los diseños ACF tradicionales, no se requieren tolerancias estrictas en los valores de inductancia de fuga y capacitor de abrazadera para el funcionamiento adecuado del circuito en la producción de alto volumen. Además, un pequeño condensador de abrazadera de 3,3 nF es suficiente para obtener los beneficios del funcionamiento de ACF. Los modelos SZ1110 y SZ1130 son ideales para adaptadores de alimentación de CA/CC de alta eficiencia y alta densidad de potencia. Estos dispositivos están diseñados para una potencia de salida de hasta 33 W (SZ1110) y hasta 65 W (SZ1130), incluidas las aplicaciones USB-PD y de carga rápida.
Las tendencias del mercado actual, especialmente la electrónica de consumo portátil, exigen baterías más grandes y operaciones de carga más rápidas. Esto significa que necesitará más energía de su adaptador de corriente. El tamaño total del circuito es otro factor relevante e importante. Esto se debe a que los OEM desean más potencia en adaptadores de potencia del mismo tamaño o más pequeños (mayor densidad de potencia y mayor eficiencia). Las soluciones existentes están llegando a sus límites y los enfoques nuevos e innovadores las están reemplazando. Los controladores SZ1110 y SZ1130 ACF PWM ofrecen una eficiencia superior al 94 %, curvas de eficiencia planas en cargas y voltajes de entrada universales (de 90 a 265 VCA), operación de frecuencia de conmutación de hasta 146 kHz y se pueden integrar sobrecalentamiento, sobretensión, sobrecorriente y sobrepotencia . y protección contra cortocircuitos de salida en un paquete SOIC de 16 pines.como se muestra en figura 3Basado en el Silanna SZ1130, el primer controlador ACF totalmente integrado del mundo, la placa de evaluación USB-PD de 65 W logra una eficiencia del 94,7 % a una salida de 20 V/3,25 A con una entrada de 230 VCA y proporciona un aumento máximo de salida de 65 W. Alimentado por una PCB de factor de forma pequeño (45 x 45 mm).
FIGURA 3: PLACA DE EVALUACIÓN BASADA EN SZ1130
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