深圳电子展： IC效率高达98.3%！业界首款集成1700V SiC MOSFET！PI新款氮化镓IC和碳化硅器件有何过人之处？
2022-05-16 62
近日，美国Power Integrations公布了截至2022年3月31日的季度财务业绩，第一季度的营业收入为1.821亿美元，同比增长5%。第一季度的净利润为4620万美元。
Power Integrations 总裁兼首席执行官 Balu Balakrishnan表示：“第一季度销售额再创新高，盈利增长强劲。受益于消费电子充电市场需求，包括电器、笔记本电脑、智能手机充电需求增加，以及工业领域应用市场的增长，我们看到高度集成的GaN产品和公司的BridgeSwitch电机驱动IC被广泛采用，我们拥有强大的新产品渠道，利用FluxLink隔离技术和专有的Powigan晶体管等领先技术。”
对于目前市场看好USB PD3.1技术推动的大功率市场，还有高速增长的电动汽车市场，PI带来了哪些领先的电源驱动解决方案？PI的IC产品在能耗、散热、设计的系统性上体现了哪些优势？PI给出了精彩的答复。
大功率充电方案：采用750W PowiGaN 开关，HiperPFS-5 IC效率高达98.3%
PI对于电源市场的变化尤为敏锐。自USB PD 3.1快充标准发布后，充电功率已经由原来的100W上升到240W，并且支持最大48V、5A的电压输出。随着功率的增加，维系系统的高效率面临挑战。这会带来两重挑战：一、大输入功率会有功率因数校正的要求，当输入功率大于75W，PI会在电源的前级上加一个功率校正（PFC）电路，使得交流输入端的的电流的相位完全跟踪电压；二、额外增加的前级PFC开关电路会降低整个系统效率，必须同时提高PFC前级和后级的功率变化器的效率。
作为全球USB充电器和适配器电源IC的领先供应商，PI推出了内部集成750V PowiGaN氮化镓开关的HiperPFS-5系列功率因数校正(PFC)IC。新IC的效率高达98.3%，在无需散热片的情况下可提供高达240W的输出功率，并可实现优于0.98的功率因数。这是市场上第一款内置氮化镓开关的功率因素校正产品，耐压750V，可以保证在90V到308V的时候，功率校正因素产品都可以可靠工作。
图片来自PI
同时，Power Integrations还推出节能型HiperLCS-2芯片组，这一新的IC产品系列可极大简化LLC谐振功率变换器的设计和生产。新推出的双芯片解决方案由一个隔离器件和一个独立半桥功率器件组成，其中的隔离器件集成了高带宽LLC控制器、同步整流驱动器和FluxLink™隔离控制链路，其中的独立半桥功率器件采用Power Integrations独特的600V FREDFET，可提供无损耗流检测，并且还集成上管和下管驱动器。相较于分立式设计，这种高度集成的节能架构无需散热片，并且元件数量可减少高达40%。
HiperPFS-5加上HiperLCS-2芯片组的电源方案，与传统方案相比减少了40%的元件数量。这套方案适用于电视机、带USB PD接口的显示器、电动车、电动工具、打印机、投影仪、电源适配器、PC主机电源、游戏机，以及240W功耗的家电应用。
PI认为，USB3.1极大地扩展了兼容适配器的功率范围，从略高于100W扩展到240W。这不仅有利于扩大USB-PD的应用范围，还能够明显缩短更大功率设备的充电时间，并且提高用户便利性。PI已经推出了InnoSwitch4和HiperLCS-2开关IC，它们能够实现更高的功率水平，并分别满足设计工程师对反激式和LLC变换器的偏好。
现在，PI还推出了基于氮化镓的功率因数校正IC - HiperPFS-5，该器件具有极高能效，适合USB-PD 3.1应用，并且无需散热片，可实现非常小巧的外形尺寸。
电动汽车高速增长，PI推出两款碳化硅汽车级开关电源IC
对于汽车而言，车辆续航里程通常被认为是电动汽车潜在购买者最关心的问题。快速充电系统的出现有助于解决这个问题，但这些系统需要更高的母线电压，而800V电池正在成为电动汽车的标准配置。
800V系统通常从硅基IGBT转向碳化硅 MOSFET，SiC器件可以提供更高的开关速度，因为开关损耗更低。例如保时捷的全电动跑车Tayan的续航历程为420公里，采用了800V的电池架构，在240KW的快速充电站仅需要22.5分钟即可将从5%充电到80%。起亚宣布推出的EV6 800V架构汽车，该车在18分钟内从10%充电至80%。
在汽车应用领域，Power Integrations正在迅速扩大其创新解决方案的范围，包括基于碳化硅的器件。最近，公司发布两款新器件，符合AEC-Q100标准，额定电压1700V的IC，为InnoSwitch3-AQ产品系列再添新成员。这两款新器件解决800V系统面临的新挑战。
这些新器件是业界首款采用碳化硅(SiC)初级开关MOSFET的汽车级开关电源IC。新IC可提供高达70W的输出功率，主要用于600V和800V纯电池和燃料电池乘用车，以及电动巴士、卡车和各种工业电源应用。
使用InnoSwitch3-AQ器件的电路可以使用很小的电路板面积，安全地从主母线上汲取少许能量供控制电路使用，而不会造成能量的浪费。最值得一提的是，新器件还可以大幅简化主牵引逆变器的应急电源的设计。应急电源需要随时准备着在30V和1000V之间的任何电压下工作。PI基于SiC的InnoSwitch3-AQ器件可以轻松应对如此广泛的工作电压范围。
对于电源IC的供应问题，PI表示：“在过去的两年里，公司的出货量急剧增加，但我们一直能够满足客户的实际需求，只是订单交货期有所延长，现在为16周。我们预计，随着2022年新增产能的上线，订单交货时间将会缩短。”
对于2022财年业绩的展望，PI表示2021财年公司的业绩增长超过40%，今年第一季度增长仍然强劲。PI仍然将主要市场聚焦于消费电子产品，比如适配器（特别是USB PD设备和电视机适配器）、电动汽车和非电动汽车，以及家电产品，PI的BridgeSwitch电机驱动IC十分热销，正在帮助提高产品性能和实现全球能源效率目标。
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（电子发烧友原创 文/章鹰）