【導讀】額定功率75W以下的適配器可細分為：輸入濾波器、二極管整流器、輸入輸出電容器、IC控制器、輔助電源、磁性元件、功率器件和散熱器。集成解決方案在縮小和簡化轉(zhuǎn)換器方面已經(jīng)取得了長足的進步，目前的剩余組件是磁性元件、輸入“大容量”電容器、輸出電容器和 EMI 輸入級。大量的研究和工程工作集中在高頻交流/直流轉(zhuǎn)換器設計上，以減小磁性元件的尺寸。然而，輸入大容量電容器占據(jù)與適配器內(nèi)的磁性元件相同或更大的體積。
額定功率75W以下的適配器可細分為：輸入濾波器、二極管整流器、輸入輸出電容器、IC控制器、輔助電源、磁性元件、功率器件和散熱器。集成解決方案在縮小和簡化轉(zhuǎn)換器方面已經(jīng)取得了長足的進步，目前的剩余組件是磁性元件、輸入“大容量”電容器、輸出電容器和 EMI 輸入級。大量的研究和工程工作集中在高頻交流/直流轉(zhuǎn)換器設計上，以減小磁性元件的尺寸。然而，輸入大容量電容器占據(jù)與適配器內(nèi)的磁性元件相同或更大的體積。
Power Integrations 的新型 IC MinE-CAP 旨在解決通用輸入設計的輸入大容量電容優(yōu)化問題。利用 Power Integrations 的 PowiGaN 氮化鎵技術，MinECAP 可以安全地將額定電壓為 160 V 的電容器用于通用輸入設計，從而將大容量電容器體積減少高達 50%。
MinE-CAP 是與低壓電容器（圖 1 中的 CLV）串聯(lián)的低阻抗開關電路。它監(jiān)視 CLV 兩端的電壓，并在輸入線路電壓在閾值附近增加/減少時連接和斷開電容器。MinE-CAP 電路可與高頻功率轉(zhuǎn)換級配合使用，以限度地節(jié)省空間。
系統(tǒng)注意事項
通用電源適配器的經(jīng)驗法則是，當設計考慮因素低至 90 VAC 時，直流總線電容值（以 ?F 為單位）選擇為輸出功率要求（以瓦特為單位）的 1.5 至 2 倍。對于僅高線路應用，總電容可以顯著降低。考慮到這一關鍵概念，MinE-CAP 使設計人員能夠顯著減小輸入大容量電容器的尺寸。下圖顯示了典型 MinE-CAP 應用的原理圖布局。
圖 1. 典型 MinE-CAP 應用
CHV 是高壓電容器（額定電壓為 400 V），通常占總電容的 20% 左右。CLV是低壓電容器（160V），約占總電容的80%。這種電容分割使電容器體積減少高達 50%，從而使適配器尺寸總體減少高達 40%。
圖 2. 65 W 適配器的優(yōu)化
在圖 2 中，上圖是典型的 65 W 適配器，需要單個 400 V、100 ?F 電容器。下圖顯示了在完全相同的 65 W 適配器設計中使用 MinE-CAP 所實現(xiàn)的空間節(jié)省?？傒斎腚娙莘譃閮蓚€ 160 V、47 F 電容器和一個 400 V、22 ?F 電容器。因此，總電容實際上增加了 16%，同時大容量電容器體積減少了 40%。
典型應用
設計人員可以采用現(xiàn)有設計并修改輸入大容量電容器級，以減少輸入級占用的空間。這使得他們能夠縮小外殼，或者相反，他們可以在同一外殼中添加更多電容并增加功率。
MinE-CAP 的另一個設計用途是需要峰值功率傳輸?shù)膽?。板載協(xié)議芯片越來越多地與正在充電的設備進行雙向通信。這些芯片通常監(jiān)控并適配器溫度、故障和電力傳輸能力。設計人員正在利用這種雙向通信來提供銘牌功率的 1.5 至 2 倍。這些峰值功率算法顯著縮短了充電時間。然而，輸入大電容限制了峰值功率傳輸能力。借助 MinE-CAP，可以使用相同的空間顯著增加輸入大容量電容。即使在低壓線路下，這也能延長峰值功率傳輸。
MinE-CAP 基礎知識
MinE-CAP 的工作原理是充電和監(jiān)控 CLV 兩端的電壓，僅在需要輸入電容時才將該電容器引入低交流線路的電路中。MinECAP 設計用于根據(jù)需要在每個線路交流周期期間動態(tài)接合和斷開 CLV。因此，電源可以在整個指定的輸入電壓范圍內(nèi)平穩(wěn)運行。對于圖 2 中引用的設計，有效低線路總大容量電容為 116 ?F，而有效高線路大容量電容為 22 ?F。
當系統(tǒng)處于高線路時，MinE-CAP 通過 VTOP 和 VBOT 測量 CLV 上的差分電壓。它調(diào)節(jié) CLV 上的電壓，以在發(fā)生線路或負載階躍時支持電力傳輸。
MinE-CAP 啟動
傳統(tǒng)上，啟動時進入大容量電容器的浪涌電流會影響保險絲、橋式整流器和電容器的可靠性，因為該電流僅受線路阻抗和輸入濾波器的限制。隨著適配器額定功率的增加，浪涌電流也會增加，通常需要使用 NTC 熱敏電阻來保護保險絲和二極管電橋。然而，NTC 熱敏電阻降低了系統(tǒng)的整體效率，并為輸入級增加了熱點。因此，保險絲和二極管橋通常尺寸過大，而熱敏電阻尺寸過小，以限制其對系統(tǒng)效率的影響。
在 MinE-CAP 設計中，80% 的大容量電容在啟動時脫離應用。在低壓啟動條件下 (VIN < 150 VAC)，MinE-CAP 對 CLV 執(zhí)行控制的主動充電。在低線路啟動條件下，在啟用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器之前對 CLV 進行預充電以支持全功率能力非常重要。MinE-CAP IC 將內(nèi)部高壓開關配置為電流源，為 CLV 提供的恒流脈沖充電，請參見圖 3。這種方法允許對 CLV 進行快速充電，并確保電源準備好供電從初始交流線路連接起，不到 250 毫秒即可充滿電。CLV 的這種受控充電允許 MinE-CAP 設計消除浪涌 NTC 熱敏電阻，
對于高線路應用 (VIN > 150 VAC)，CHV 單獨支持全功率傳輸。MinE-CAP 對 CLV 進行緩慢充電，并將電壓調(diào)節(jié)到低于電容器額定電壓。這改善了由于線路斷電而導致的電源保持時間。
保護特性
除了的啟動算法外，MinE-CAP 還集成了一系列保護功能，包括過溫、引腳開路/短路故障檢測和浪涌保護。如果發(fā)生故障，MinE-CAP 會將 CLV 從系統(tǒng)中斷開。為了防止進一步的系統(tǒng)損壞，MinE-CAP 通過 L 引腳將故障信息傳送到功率轉(zhuǎn)換級。該多用途引腳還用于在正常工作條件下將直流總線電壓信息傳送至電源控制器 IC。
概括
GaN 供電的 MinE-CAP 支持在通用輸入設計中使用額定電壓為 160V 的電容器，而這些設計通常僅限于額定電壓為 400V 的電容器，從而節(jié)省的空間相當于采用更高開關頻率所實現(xiàn)的效果。的啟動算法無需使用 NTC 熱敏電阻，且不會影響終用戶體驗。直流母線電壓和故障信息通過 L 引腳傳送至 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。將 MinE-CAP 與 InnoSwitch IC 系列配對可限度地提高集成度、限度地減。
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