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业界又一突破,PI反激式开关电源ICInnoSwitch3实现高达94%的效率

关键词:高效率离线反激式开关电源ICInnoSwitch3ALLGaN功率IC器件工业控制 LCD显示器

时间:2017-09-18 10:03:30       来源:中电网

在电源设计里,影响功率的三个指标分别是效率、尺寸和散热,当今无论对技术还是新材料的革新,都离不开以上三方面的提升。近日高能效电源转换的高压集成电路业界领导者Power Integrations公司宣布推出高效率离线反激式开关电源ICInnoSwitch3系列产品,InnoSwitch3可实现高达94%的效率,无需散热片,使得设计更紧凑,体积减少35%。Power Integrations 资深培训工程师、实验室经理阎金光先生就此新品在发布会上做了详细的阐述。

阎先生表示,将效率提升到94%在业界来说是一项重大突破,电源设计要求工程师设计能力强且经验丰富,而Power Integrations 专注于电源转换创新领域,质量在市场上有口皆碑,可提供全方位支持的设计工具,即便是电源设计初学者也可以轻松上手,节约能源是时代发展的主旋律,同时PI也走在高效节能的最先锋。



图1:InnoSwitch3外观设计图


回到今天的主题上,要想对InnoSwitch3一探究竟,还需对Power Integrations创新的隔离式数字通信技术 — FluxLink加以了解,FluxLink直接决定了InnoSwitch3的高效性。没错,InnoSwitch3延续采用上一代InnoSwitch的FluxLink技术。阎先生解释说,电源的AC 和 DC 间必须有一个充分的隔离,在功率部分依靠变压器,而InnoSwitch是跨接于初级和次级的器件,采用FluxLink技术取代传统的低速且不可靠的光耦器,以保证更加安全的隔离,且实现高可靠性和更长使用寿命。


图2:Power Integrations创新的隔离式数字通信技术 —— FluxLink原理图


InnoSwitch3业界又一突破

阎先生谈到,相比前两代InnoSwitch产品,InnoSwitch3系列产品系列更胜一筹。新器件在任何输入电压及负载条件下均可提供94%的高效性能,将电源损耗大幅降低25%,体积减小35%,并且可以设计出无散热片的紧凑型65 W电源;InnoSwitch3有着先进的控制方式,可实现极快速的动态响应特性及较低的输出纹波。并且集成了完善的保护特性,包括输入过压保护、输出过压保护、过流保护、过功率保护、短路保护、过温保护输出整流管开路/短路保护、引脚开路/短路保护等。即使使用输入电压检测电路仍能实现空载功耗小于20 mW。InnoSwitch3内置安全隔离的FluxLinkTM数字反馈技术。采用新型超薄InSOPTM封装,爬电距离/电气间隙超过11 mm,轻松满足中国5000米海拔CQC要求。

阎先生补充到,InnoSwitch3器件适合对能耗、外形尺寸或热约束提出严苛要求的电源,特别是那些必须符合强制性总能耗(TEC)标准的电源。另外,在此方案里初级和次级间只有两个器件,一个是变压器,另一个是InnoSwitch,可大大节省空间,降低制造成本。

阎先生还告诉大家,InnoSwitch3内部集成MOSFET,可选电压为650V/725V,且具有无损耗检测,内部MOS管在需要时打开,空载功耗的影响小于2 mW,同时输入电压检测时可实现浪涌保护。为解决更的高效率,在次级侧采用同步整流驱动,以功率MOSFET取代二级管,减低导通时间,减少损耗,电源可工作在DCM-CCM间平滑切换。InnoSwitch3在初级和次级均有控制器,以一个IC控制二个开关,便实现了更高的效率。在专利的开关和控制技术方面,InnoSwitch3可以工作在连续工作方式和准谐振开关,使得效率进一步提升,成本降低。

阎先生以两个例子对InnoSwitch3的优势补充说明。



图3显示 20 V 30 W敞开式设计采用InnoSwitch3-CE:INN31,反激式电源效率高达94%,因为高效省去散热片的置入,可使设计更小、更轻



图4为19V 2.35 A (45 W)适配器采用InnoSwitch3-CE INN3168C,利用高效率实现笔电适配器的成本优化,可在宽负载范围内实现恒定的高效率。


效率的一小步,带来大变化

下表可以看出,以输入功率45W的适配器为类,虽然PI的上一代InnoSwitch相比旧款适配器满载效率已达92%,热能损耗3.6W,表面积为传统适配器的62%,以散热角度考虑的体积变化为传统的48%,但InnoSwitch3更胜一筹,满载效率可达94%,热能损耗2.7W,表面积只有传统适配器的48%,以散热角度考虑的体积变化是传统适配器的30%。



InnoSwitch3 IC三大系列产品应用

阎先生提到,InnoSwitch3 IC产品系列针对不同应用可提供三种版本:InnoSwitch3CE版本为外部电流。采用外部输出电流检测,可提供精确的恒流/恒压调整率,从而提高设计灵活性。适合固定电压如:消费电子产品、机顶盒、适配器、物联网(IoT)、网络设备等;而InnoSwitch3CP版本为恒定功率,适合USB功率传输(PD)、快速充电以及其他要求具有动态输出电压的应用;另外InnoSwitch3CP版本为嵌入式电源,集成了该系列额定电压最高的MOSFET (725 V),可提供全面的输入电压及负载保护,并且具有出色的多路输出交叉调整率,适合家电、要求苛刻的工业控制、LCD显示器、电视机、服务器待机电源、辅助电源。

阎先生坚信,InnoSwitch3将会是终极反激式方案,换句话说,这将是业界顶级反激式方案。无独有偶,美国另外一家半导体公司同时发布了一款以GaN为原料的ALLGaN功率IC器件,同样应用于笔记本电源适配器。两者最大的不同是PI采用硅为原料,而另外那家公司专注于新材料GaN,相同的是两者均追求着更高效率。笔者相信在这充满挑战的市场上,怕的就是没有对手,只有不断革新才能创造下一个奇迹。

 

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