USBPD 3.0 和 Type-C 連接器的采用有望使以前細(xì)分的電子市場的電源適配器標(biāo)準(zhǔn)化。旅行者需要為筆記本電腦和手機(jī)攜帶單獨(dú)適配器的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。售后適配器制造商正致力于服務(wù)這一新的市場機(jī)會。對高效率、高性價(jià)比更高功率密度解決方案的需求從未如此強(qiáng)烈
　　額定功率低于 75W 的適配器可分為：輸入濾波器、二極管整流器、輸入和輸出電容器、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)換器方面取得了長足進(jìn)步，目前最大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。大量研究和工程工作都集中在高頻 AC/DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)上，以減小磁性元件的尺寸。然而，輸入大容量電容器占用的體積與適配器內(nèi)的磁性元件相同或更大。
　　Power Integrations 的一款新 IC MinE-CAP 旨在解決通用輸入設(shè)計(jì)的輸入大容量電容優(yōu)化問題。使用 Power Integrations 的 PowiGaN 氮化鎵技術(shù)，MinECAP 可以安全地在通用輸入設(shè)計(jì)中使用額定電壓為 160 V 的電容器，從而將大容量電容器體積減少高達(dá) 50%。
　　MinE-CAP 是一種低阻抗開關(guān)電路，與低壓電容器（圖 1 中的 CLV）串聯(lián)。它監(jiān)控 CLV 兩端的電壓，并在輸入線電壓在閾值附近增加/減少時(shí)連接和斷開電容器。MinE-CAP 電路可與高頻功率轉(zhuǎn)換級配對，以最大限度地節(jié)省空間。
　　系統(tǒng)考慮事項(xiàng)　　通用電源適配器的經(jīng)驗(yàn)法則是，當(dāng)設(shè)計(jì)考慮因素低至 90 VAC 時(shí)，直流總線電容值（單位為F）應(yīng)選擇為輸出功率要求（單位為瓦）的 1.5 到 2 倍。對于僅高壓線路應(yīng)用，總電容可以顯著降低?？紤]到這一關(guān)鍵概念，MinE-CAP 可使設(shè)計(jì)人員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(yīng)用的原理圖布局。

　　圖 1. 典型的 MinE-CAP 應(yīng)用
　　CHV 是一種高壓電容器（額定電壓為 400 V），通常占總電容的 20% 左右。CLV 是一種低壓電容器（額定電壓為 160 V），占總電容的 80% 左右。這種電容分割使電容器體積最多可減少 50%，從而使適配器整體尺寸最多可減少 40%?！∩蠄D是典型的 65 W 適配器，需要單個(gè) 400 V、100 ?F 電容器。下圖顯示了在完全相同的 65 W 適配器設(shè)計(jì)中使用 MinE-CAP 所節(jié)省的空間?？傒斎腚娙莘譃閮蓚€(gè) 160 V、47F 電容器和一個(gè) 400 V、22 ?F 電容器。因此，總電容實(shí)際上增加了 16%，同時(shí)，大容量電容器的體積減少了 40%。

　　圖 3. 用于低線啟動(dòng)的充電算法
　　典型應(yīng)用
　　設(shè)計(jì)人員可以采用現(xiàn)有設(shè)計(jì)并修改輸入大容量電容級，以減少輸入級占用的空間。這樣他們就可以縮小外殼，或者相反，他們可以在同一個(gè)外殼內(nèi)添加更多電容并增加功率。
　　MinE-CAP 的另一個(gè)設(shè)計(jì)用途是用于需要峰值功率傳輸?shù)膽?yīng)用。板載協(xié)議芯片越來越多地與被充電設(shè)備進(jìn)行雙向通信。這些芯片通常監(jiān)控和報(bào)告適配器溫度、故障和功率傳輸能力。設(shè)計(jì)人員利用這種雙向通信來提供 1.5 到 2 倍的標(biāo)稱功率。這些峰值功率算法顯著縮短了充電時(shí)間。然而，輸入大容量電容限制了峰值功率傳輸能力。使用 MinE-CAP，可以使用相同的空間顯著增加輸入大容量電容。這即使在低線路下也能延長峰值功率傳輸時(shí)間。
　　MinE-CAP 基礎(chǔ)知識
　　MinE-CAP 通過精確充電和監(jiān)控 CLV 兩端的電壓來工作，僅在需要最大輸入電容時(shí)才在低交流線路上將此電容器引入電路。MinECAP 旨在根據(jù)需要在每個(gè)線路交流周期內(nèi)動(dòng)態(tài)地接合和斷開 CLV。因此，電源在整個(gè)指定輸入電壓范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行。對于圖 2 中引用的設(shè)計(jì)，有效低線路總大電容為 116 ?F，而有效高線路大電容為 22 ?F。
　　當(dāng)系統(tǒng)處于高壓狀態(tài)時(shí)，MinE-CAP 通過 VTOP 和 VBOT 測量 CLV 上的差分電壓。它會調(diào)節(jié) CLV 上的電壓，以在出現(xiàn)線路或負(fù)載階躍時(shí)支持電力輸送。
　　MinE-CAP 啟動(dòng)
　　傳統(tǒng)上，啟動(dòng)時(shí)流入大容量電容器的浪涌電流會影響保險(xiǎn)絲、橋式整流器和電容器的可靠性，因?yàn)樵撾娏鲀H受線路阻抗和輸入濾波器的限制。隨著適配器功率額定值的增加，浪涌電流也會增加，通常需要使用 NTC 熱敏電阻來保護(hù)保險(xiǎn)絲和二極管橋。然而，NTC 熱敏電阻會降低系統(tǒng)的整體效率，并在輸入級增加熱點(diǎn)。因此，保險(xiǎn)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(shè)計(jì)中，80% 的大容量電容在啟動(dòng)時(shí)與應(yīng)用脫離。在低壓啟動(dòng)條件下 (VIN < 150 VAC)，MinE-CAP 執(zhí)行精確控制的 CLV 主動(dòng)充電。在低壓啟動(dòng)條件下，在啟用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器之前，預(yù)充電 CLV 以支持全功率能力非常重要。MinE-CAP IC 將內(nèi)部高壓開關(guān)配置為電流源，以提供精確、恒定電流、脈沖充電的 CLV，見圖 3。這種方法允許快速充電 CLV，并確保電源準(zhǔn)備好在從初始 AC 線路連接開始的 250 毫秒內(nèi)提供全功率。這種受控的 CLV 充電使 MinE-CAP 設(shè)計(jì)能夠消除浪涌 NTC 熱敏電阻，通過消除熱點(diǎn)和提高轉(zhuǎn)換效率來改善整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　對于高壓線路應(yīng)用 (VIN > 150 VAC)，CHV 單獨(dú)支持全功率傳輸。MinE-CAP 執(zhí)行 CLV 的緩慢充電并將電壓調(diào)節(jié)至電容器額定電壓以下。這可改善線路斷電導(dǎo)致的電源保持時(shí)間。
　　保護(hù)功能
　　除了精確的啟動(dòng)算法外，MinE-CAP 還集成了一系列保護(hù)功能，包括過熱、引腳開路/短路故障檢測和浪涌保護(hù)。發(fā)生故障時(shí)，MinE-CAP 會將 CLV 從系統(tǒng)中分離出來。為了防止系統(tǒng)進(jìn)一步損壞，MinE-CAP 通過 L 引腳將故障信息傳達(dá)給電源轉(zhuǎn)換級。此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達(dá)給電源控制器 IC。
　　GaN 供電的 MinE-CAP 可在通用輸入設(shè)計(jì)中使用額定電壓為 160 V 的電容器，而這些設(shè)計(jì)通常僅限于額定電壓為 400 V 的電容器，從而節(jié)省空間，相當(dāng)于采用更高開關(guān)頻率所節(jié)省的空間。精密啟動(dòng)算法消除了對 NTC 熱敏電阻的需求，而不會影響最終用戶體驗(yàn)。直流總線電壓和故障信息通過 L 引腳傳送到 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。將 MinE-CAP 與 InnoSwitch IC 系列配對可最大限度地提高集成度、最大限度地減少元件數(shù)量、簡化布局并優(yōu)化電源尺寸。