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Power Integrations setzt neuen Maßstab für 240-W-Netzteile

22. März 2022, 11:30 Uhr | Ralf Higgelke
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Mit dem quasiresonanten PFC-IC HiperPFS-5 und dem LLC-Wandler-Chipsatz HiperLCS-2 hat Power Integrations zwei Lösungen vorgestellt, die gemeinsam den Wirkungsgrad eines 240-W-Netzteils mit PFC-Stufe beispielsweise für USB-PD-Anwendungen auf mindestens 94 Prozent schrauben sollen.

Die Bausteinfamilie HiperPFS-5 von Power Integrations integriert einen PFC-Controller mit einem 750-V-Transistor der GaN-basierten PowiGaN-Serie des Unternehmens in einem SMD- Gehäuse vom Typ InSOP-T28F. Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 98,3 Prozent liefern die ICs bis zu 240 W ohne Kühlkörper.

Die quasiresonante, lückende Betrieb (Discontinuous Conduction Mode) des passt die Schaltfrequenz über die Ausgangslast, die Netzeingangsspannung und den Netzzyklus des Eingangs an. Die beondere Art der Regelung sorgt für geringe Schaltverluste und ermöglicht die Verwendung einer kostengünstigen Boost-Diode. Dank der variablen Frequenz kann die Größe der Aufwärtsspule im Vergleich zu herkömmlichen PFC-Schaltungen mit kritischem Leitungsmodus (Critical Conduction Mode, CRM) um mehr als 50 Prozent reduziert werden.

Die HiperPFS-5-ICs bieten bei Volllast einen Leistungsfaktor von mehr als 0,98. Bei geringer Last kompensiert eine Power-Factor-Enhancement-Funktion (PFE) die Kapazität des Eingangsfilters und sorgt selbst bei 20 Prozent Last für einen Leistungsfaktor von 0,96. Die Leistungsaufnahme im Leerlauf beträgt 38 mW.

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Weitere Vorteile ergeben sich durch den PowiGaN-Schalter mit 750 V. Die Netzspannung kann an vielen Orten stark schwanken, was häufig dazu führt, dass Komponenten des Netzteils durch Überspannung ausfallen. Die HiperPFS-5-ICs gewährleisten laut Unternehmen einen hohen Leistungsfaktor bis zu einer Netzspannung von 305 V und können bei Netzschwankungen kontinuierlich bis zu 460 V arbeiten. Durch eine digitale Erkennung der maximalen Netzspannung sollen die ICs selbst bei verzerrtem Eingangssignal aus einer USV oder von Generatoren zuverlässig arbeiten.

Darüber hinaus verfügen die neuen ICs über die automatische Entladefunktion für X-Kondensatoren (CAPZero) von Power Integrations, einschließlich der erforderlichen redundanten Pins zur Einhaltung der Sicherheitsvorschriften, sowie über einen Selbststart bei hohen Spannungen. Das freiliegende Kühlpad befinden sich auf dem Source-Potenzial, sodass sich das Bauteil effektiv kühlen lässt und Lösungen für die elektromagnetische Abstrahlung vereinfacht werden.

Für Entwickler, die den HiperPFS-5 evaluieren möchten, steht das Referenzdesign DER-672 zum Download bereit. Der Preis der Bausteine liegt bei 2,34 US-Dollar bei einer Stückzahl von 10.000 Einheiten. Die Bauteile werden gerade bemustert, der Serienanlauf ist für das dritte Quartal 2022 geplant.

Chipsatz für LLC-Wandler

Zu dem quasiresonanten PFC-ICs HiperPFS-5 passt der neu vorgestellte Chipsatz HiperLCS-2 für LLC-Resonanzwandler. Die Zwei-Chip-Lösung besteht zum einen aus einem Isolationsbaustein mit einem LLC-Controller mit hoher Bandbreite, einem Treiber für die synchrone Gleichrichtung und einer isolierten Steuerstrecke auf FluxLink-Basis sowie zum anderen aus einem separaten Halbbrücken-Leistungsbaustein. Dieser beinhaltet die speziellen 600-V-FREDFETs von Power Integrations mit verlustfreier Strommessung sowie High- und Low-Side-Treiber. Beide Bausteine sind in InSOP-24-Gehäusen untergebracht. Durch einen Wirkungsgrad von 98 Prozent kann diese Architektur Kühlkörper eliminieren und die Anzahl der Komponenten um bis zu 40 Prozent im Vergleich zu diskreten Designs reduzieren.

Netzteile, die auf dem HiperLCS-2 basieren, erreichen eine Leerlaufleistung von weniger als 50 mW bei 400 V Gleichspannung am Eingang und liefern einen kontinuierlich geregelten Ausgang, der die weltweit strengsten Vorschriften für Leerlauf- und Standby-Effizienz erfüllt. Wegen des hohen Wirkungsgrads benötigen die HiperLCS-2-Bauteile nur eine einfache Wärmeableitung durch die FR4-Leiterplatte, um die Verluste abzuführen. Dadurch lassen sich Kühlkörper in Netzteilen mit einer Dauerleistung von bis zu 220 W und einer Spitzenlastfähigkeit von bis zu 170 Prozent vermeiden. Alle Mitglieder der HiperLCS-2-Familie verfügen über einen automatischen Anlauf und liefern die Anlaufvorspannung für eine PFC-Stufe mit den HiperPFS-ICs des Unternehmens.

Für Entwickler, die die HiperLCS-2-ICs evaluieren möchten, steht das Referenzdesign DER-672 zum Download bereit. Die Preise für den HiperLCS-2 beginnen bei 3,20 US-Dollar pro Chipsatz bei einer Stückzahl von 10.000. Die Bauteile werden gerade bemustert, der Serienanlauf ist für das dritte Quartal 2022 geplant.


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