使用智能控制器提高电力电子效率

电力电子面临的最严峻挑战之一是效率，必须最大限度地提高效率，以满足国际标准的要求并减少电力浪费，创造更可持续的产品。

任何交流供电的应用都需要电源，从最简单的手机充电器到工业应用中最复杂、功能最强大的SMPS。在理想的电源中，从交流电源汲取的所有功率都可供负载使用。实际上，这只有在电流与电压同相时才有可能。如果电流和电压彼此异相，则电网吸收的部分能量会丢失。电源的功率因数校正 (PFC)级正是执行此任务，试图尽可能接近对应于单位功率因数的理想情况。

随着其电力电子技术的发布，总部位于剑桥的初创公司 Pulsiv 今天走出了隐形模式。Pulsiv OSMIUM 无需 PFC 电感器，通过专有工艺将交流电转换为直流电，包括对微型存储电容器进行充电和放电。高功率因数、持续的高效率和超紧凑的系统架构都是该解决方案的特点。利用 Pulsiv OSMIUM 技术可以最大限度地降低成本，提高系统整体效率，并有助于减少全球能源使用。

Pulsiv 的智能控制

Pulsiv是一家成立于 2013 年的公司，是普利茅斯大学的衍生公司，由一小群销售、产品开发和财务领域的领先专业人士组成。在研究太阳能微型逆变器技术时，Pulsiv 的工程师发现了一种从太阳能电池板中提取更多能量的新方法。他们还发现，通过反向应用类似原理，该技术适用于 LED 照明、电池充电和 AC/DC 转换。尽管太阳能技术仍然是 Pulsiv 的一个业务部门，但该公司最近已经多元化以提供电源解决方案。

Pulsiv 首席执行官 Darrel Kingham 表示：“我们的产品基本上由一个主要的美国 Tier 1 半导体设备组成，我们在其中添加了我们的专有 IP。” “结果是 Pulsiv OSMIUM 微控制器 [MCU]，它是创建涵盖广泛功率范围的电力电子前端的基础。”

所有有价值的技术都在 Pulsiv OSMIUM MCU 内部，其主要任务是产生高功率因数，同时在整个负载范围内保持高效率。在基本的 PFC 控制器中，开关电流通过串联电感，通过测量电压和电流的相移，可以校正功率因数。

“我们的解决方案基于另一种方法，我们控制存储电容器的充电和放电，”Kingham 说。“这是我们专利的基础，它为我们提供了许多额外的好处，而不仅仅是功率因数校正。”

PFC 可以在没有任何电感器的情况下实现，并且只需要一个小的存储 X 电容器通过适当的电路设计(以开关 S 1和 S 2表示)进行充电和放电)。MCU 控制电容器充电至与电网同步的某个最大电压，从而在任何情况下最大化功率因数。此外，由于电流路径完全由 MCU 控制，因此当电路最初上电时，没有浪涌电流。Pulsiv 的解决方案消除了电源前端的浪涌电流，因为它可以调节流入大容量电容器的电流;唯一的浪涌是 X 电容器的瞬态。未调节的存储电容器的放电是通过一个简单的二极管完成的，其电流取决于前端级之后的 DC/DC 转换器。

由于控制器不允许电压过高，因此可以使用标准 160-V 电容器代替通常使用的 450-V 电容器，从而降低成本。此外，由于只有在电网电压降至零时才有效存储所需的能量，因此您无需存储大量能量。这允许您使用具有较低额定电压的较小电容器。

“当你串联使用一个电感器时，所有的能量都必须一直通过电感器，但是当你使用一个并联电容器时，你只需要在需要的时候储存少量的能量，”金厄姆说。

Pulsiv 解决方案的另一个好处是效率概况。与效率开始迅速下降的升压转换器不同，该转换器可以在非常低的功率下保持非常高的效率。这是因为在大多数升压 PFC 开始崩溃的低功率区域，使用此转换器，电容器将仅按所需的能量充电。Pulsiv OSMIUM 技术支持主动桥控制、可配置保持、X-Cap 放电、HVDC 输出选择、功耗指示器和电网故障检测。这些可选特性可以根据需要进行选择，以满足不同终端应用的需求。

Pulsiv 的技术不仅实现了高效率，而且能够在包括低功率在内的整个功率范围内保持高和稳定。在性能稳定并满足能源之星 VI 要求的情况下，可以实现高达 99% 的效率。该解决方案的一个相关方面是它通过使用 95% 的商品组件来实现效率，这意味着我们可以获得成本非常低的材料清单 (BOM)(6 到 15 美元)，并且显然，它使此类组件的采购量大大增加更简单。

可扩展性是 Pulsiv 技术的另一个关键因素。由于 MCU 无法确定输出功率，因此只需更改三个关键组件(一个电感器、一个 MOSFET 和一个电容器)，所需的输出功率(从 1 W 扩展到 10 kW+)可以由同一电路支持(所有其他组件保持不变)。

“通过将我们的完整反激式 150W 设计与其他半导体公司的参考设计进行比较，结果表明我们在 BOM 中需要的组件减少了三分之一到一半，而且我们的设计非常简单，”Kingham 说。

不久将发布两款 Pulsiv OSMIUM 控制器(PSV-AD-150 和 PSV-AD-250 现已采样)，以支持需要高达 250 W 功率的应用。将提供 Pulsiv AC/DC 前端的完整电路配置，以简化设计过程。其中包括完整的原理图、BOM、Altium 文件和组件计算器。75-W 48-V 反激式参考设计和 120-W 48-V 反激式参考设计同时推出，其中包括优化的 DC/DC 级。随后是完整的 150-W 20-V 交错式 PSU 参考设计和完整的 150-W USB-C 参考设计。到今年年底，完整的 500W 电流源 PSU 参考设计将完善该产品组合。目前正在开发 240W 交错式反激式，并且正在努力展示具有更高功率能力的参考设计。

“我们希望向市场推出更高效、符合能源之星标准、建造相当经济且任何人都可以采用的产品，”Kingham 说。

Pulsiv 技术适用的三个主要应用领域包括：

· 集成电力电子设备，通常是大批量应用，客户不会购买现成的商用电源，因为它们太大或太贵

· 开关电源制造商，他们可以使用 Pulsiv 技术来提高功率、密度和性能

· 完成的解决方案，主要围绕 USB 应用和引人注目的移动电源

工程师可以使用PSV-AD-250-DS 开发系统来评估 Pulsiv OSMIUM 技术，连接合适的 DC-DC 转换器将产生完整的电源原型。完整的参考设计可通过该公司的网站免费获得，以展示 Pulsiv OSMIUM 与精心挑选的 DC-DC 转换器相结合的可能性。