Referenzdesign Weltweit effizientestes 65-W-USB-C-Design mit 96 Prozent Wirkungsgrad

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Leider weisen viele Netzteile einen niedrigen Wirkungsgrad auf. Diese ineffiziente Umwandlung trägt nicht nur zu höheren Energiekosten bei, sondern auch zu einem gesteigerten CO₂-Ausstoß weltweit. Ein neues Referenzdesign stellt eine innovative Lösung für dieses Problem dar.

Das Referenzdesign PSV-RDAD-65USB kombiniert die Osmium-Technologie von Pulsiv mit einem QR-Flyback nach Industriestandard und hoch optimierten, ultrakompakten magnetischen Komponenten. Es ist das erste in einer Reihe von Designs, die darauf abzielen, die Grenzen der Energieumwandlung durch drastische Senkung der Betriebstemperaturen, Minimierung der Verluste und Verringerung der Größe zu erweitern, um eine nachhaltige Plattform für den USB-C-Standard zu schaffen.

Tim Moore, Chief Product Officer von Pulsiv, war für die Entwicklung dieses Designs verantwortlich und merkt dazu an: „Unser Mantra war schon immer darauf ausgerichtet, Lösungen zu entwickeln, die „mehr leisten und dabei weniger verbrauchen“, und dieses Design zeigt, wie die Osmium-Technologie von Pulsiv schnelles Laden ohne die damit verbundene Komplexität hinsichtlich der Verwaltung hoher Temperaturen ermöglichen kann. Die Nachfrage nach mehr Leistung und schnellerem Laden von kabellosen Geräten nimmt rapide zu, was sich auf alle Bereiche von Mobiltelefonen bis hin zu Elektrowerkzeugen auswirkt. Dies bedeutet, dass mehr Leistung in einem kleinen Formfaktor benötigt wird, was bei der Entwicklung von wärmeempfindlichen Wand-/Schreibtischlösungen noch kritischer ist. Mit 30 Prozent niedrigeren Bauteiltemperaturen, null Einschaltstrom und hohem Wirkungsgrad ermöglichen wir sicherere, kleinere und zuverlässigere Designs.“

Spezifikationsübersicht

• Eingangsspannungsbereich: 90 – 265 VAC (kein Eingangsspanungsderating)

• Ausgangsspannung 5 – 20 VDC mit Unterstützung von PD3.0, QC4.0, BC1.2, & PPS (Schnelladen)

• Ausgangsleistung: max. 65 W

• Transformatortemperatur: 30,3 °C über Umgebungstemperatur

• Betriebsfrequenz: 125 kHz

• Spitzen-Wirkungsgrad: 96 Prozent

• Mittlerer Wirkungsgrad 95 Prozent

• Halbaktive Brücke Inbegriffen

• Leitungsströme: max. 0,5 A.

• Einschaltstrom Beseitigt

• GaN Optimiert: Ja

• DC/DC-Wandler: Quasi-resonanter (QR) Flyback-Wandler

Ultracooler Betrieb und schnelles Laden auf einem völlig neuen Niveau

Das Pulsiv Osmium-Referenzdesign zeigt eine signifikante Verbesserung der thermischen Leistung und reduziert die Temperaturen kritischer Komponenten um mehr als 30 Prozent gegenüber anderen Designs. Bei Volllast erreicht der Flyback-Transformator beeindruckende 33,9 °C bei 230 VAC und 30,3 °C bei 265 V oberhalb einer Umgebungstemperatur von 26,1°C. Diese unglaubliche Leistung wird voraussichtlich eine neue Messlatte setzen und ermöglicht 65 W Schnellladung in Umgebungen mit Platzmangel und/oder wärmeempfindlichen Anwendungen wie Unterputzsteckdosen mit USB-C-Konnektivität.

Optimierung von Effizienz und Platzbedarf mit einer halbaktiven Brücke

Die Osmium-Technologie von Pulsiv erfasst die Netzwechselspannung und -frequenz, um die Ladezeit des Kondensators anzupassen, so dass der Schaltkreis im Nulldurchgang der Wechselspannung keinen Netzstrom zieht. Dies ermöglicht eine einfache Implementierung einer halbaktiven Brücke, um die Effizienz zu erhöhen, insbesondere bei schwachen Netzbedingungen. Die MOSFETs in der unteren Hälfte der AC/DC-Brücke werden in Kombination mit High-Side-Dioden präzise gesteuert. Die halbaktive Brücke in diesem Design schafft den Balanceakt zwischen Effizienz, Kosten und Komplexität und unterstützt einen universellen Eingang mit einer Steigerung des Wirkungsgrads von 0,7 Prozent bei Volllast aus einer 115-V-Wechselstromversorgung.

Innovative magnetische Komponenten reduzieren die Transformatorgröße um 20 Prozent.

Die Osmium-Technologie von Pulsiv erzeugt einen HGÜ-Ausgang, der zwischen der AC-Eingangsspitze und 150 V schwankt, um den QR Flyback mit maximalem Wirkungsgrad anzusteuern. Der breitere Spannungsbereich reduziert die primärseitige Induktivität erheblich und ermöglicht den Einsatz eines EQ20-Transformators, der in Zusammenarbeit mit dem Magnetik-Experten Frenetic entwickelt wurde. Chema Molina, CEO von Frenetic, erklärt dazu: „Unser Team von Magnetikexperten hat demonstriert, dass die Osmium-Technologie von Pulsiv den Wirkungsgrad maximiert und die Größe des Flyback- Wandlers auf ein Niveau reduziert, das wir bisher nicht kannten. Diese bedeutende Entwicklung ermöglicht es den Kunden, die Leistung zu verbessern, die Größe zu reduzieren und die Kosten für ihr Design zu senken, und wir freuen uns, Teil einer solch innovativen Lösung zu sein.“

Dies führt zu einer Verringerung der Größe um 20 Prozent und einer Verbesserung des Wirkungsgrads um 50 Prozent gegenüber einem RM8-Kern, der üblicherweise in anderen Designs verwendet wird.

Minimierung der Verluste durch GaN-Optimierung

Die GaN-Transistoren von Innoscience haben den R_DSon und die parasitäre Kapazität gesenkt, um die Verluste zu reduzieren und die Kosten sowohl in den Flyback- als auch in den Synchrongleichrichter-Subsystemen zu optimieren. Denis Marcon, General Manager bei Innoscience EMEA, fügt hinzu: „Wir haben gezeigt, dass sich die GaN-Technologie hervorragend dazu eignet, den Wirkungsgrad zu erhöhen, Verluste zu reduzieren und die Kosten zu optimieren, wobei die Osmium-Technologie von Pulsiv noch weitere Vorteile bietet, indem sie die Gesamtleistung erheblich verbessert und die Energieverschwendung verringert. Die Technologie von Innoscience ist wirklich bahnbrechend, und ich freue mich, dass Pulsiv GaN-Bauelemente von Innoscience in dieses Referenzdesign integriert hat.“

Designpaket & Evaluierungsboards

Das Dokumentenpaket PSV-RDAD-65USB kann kostenlos auf der Pulsiv-Website heruntergeladen werden und enthält ein Datenblatt, Schaltpläne, Stücklisten und Altium-Dateien.. Das Evaluierungsboard PSV-EBAD-65USB ermöglicht schnelle Labortests und kann ab sofort für die Lieferung in der zweiten Augusthälfte über ein Netz von Vertriebspartnern, darunter der globale Distributor Digikey, vorbestellt werden.

Weitere Informationen zu diesem Design finden Sie online.  (mr)

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