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PI推出市场上唯一一款USB PD单芯片方案InnoSwitch3-PD 系列反激式开关IC

关键词:PIUSB PD单芯片反激式开关IC

时间:2021-09-23 14:04:10      来源:中电网

随着智能产品应用场景越来越多,小体积高功率密度的快充电源也备受大家青睐,USB PD是目前主流的快充协议之一,可实现更高的电压和电流。

随着智能产品应用场景越来越多,小体积高功率密度的快充电源也备受大家青睐,USB PD是目前主流的快充协议之一,可实现更高的电压和电流。自PD充电协议普及以来,大量PD充电器迅速上市。那工程师如何为电源选择合适的IC呢?深耕于高压集成电路高能效功率变换领域的知名公司Power Integrations(PI)近日宣布推出其InnoSwitch3-PD系列反激式开关IC,该方案是工程师寻求极致充电器功率密度的最佳选择。

新的InnoSwitch3-PD IC 有极高的集成度和效率,是市场上唯一一个单芯片的方案。继承了InnoSwitch3系列的卓越性能,支持USB Type-C、USB PD和PPS适配器应用。只需一个单芯片直接和外部USB Type-c通讯。内部集成了USB Type-C和PD控制器、多模式准谐振反激式控制器、次级侧检测电路、FluxLink™隔离式数字反馈电路和同步整流驱动器,大大减化了BOM。另外对于功率较大的需求,PI 还集成了PowiGaN™开关。InnoSwitch3-PD符合安规的宽爬电距离InSOP™-24D封装(MSL 3) 。

Power Integrations 公司资深技术培训经理阎金光先生向媒体介绍了InnoSwitch3-PD的亮点之处。

高度集成,减化BOM

InnoSwitch3-PD与传统方案不同的是,该方案只有一个单芯片IC,通过CC1和CC2与Type-c通讯,内部集成USB Type-C和PD两个电源控制器,集成数字电路微控制器,另外同时兼顾功率器件,内部集成高压mos管。InnoSwitch3-PD IC可将BOM元件数减少到传统设计的一半。该方案在次级侧集成的微处理器,其功能有两个,一是负载类型的检测,通过CC1和CC2对负载的判定,二是E-Marker的电缆检测;内部还集成VBUS/VCONN开关控制,集成的VCONN供电可为检测开关供电;支持PPS,可编辑电源,可以对输出电压和电流进行精确的设定,并提供OVP保护。

一个控制器控制两个功率开关:InnoSwitch3-PD的初级侧集成了功率开关,对于功率较大的需求,PI还可以提供GaN开关。同以往的InnoSwitch3器件一样,提供多模式QR准谐振工作方式和CCM工作方式。PI认为CCM工作方式在反激电源应用中有必要进行优化。其难点之在于,在这种工作方式下,初级侧的功率开关和次级侧的同步整流开关不能同时开通,否则电源会炸掉。PI采用,以一个控制器,控制两个功率开关,保证了两个控制器不会出现同时开通的情况。

内部集成负载开关驱动,直接提供负载保护:InnoSwitch3-PD内部集成负载开关驱动,同时还提供了一些放电的路径,一旦负载被拔掉后,电容也会通过内部的电路释放掉,保证输出端始终是一个安全的电压。

温度检测输入:该方案提供用于NTC电阻的专用温度检测引脚,可以根据CC1或CC2的负载指令来设定输出电压,范围在3-24V,每档位为10mV,传统上PD的标准在20mV/档位。恒流控制:最大输出数值的20%-100%之间可调。电流档位:最大输出数值的0.8%。阎金光先生进一步解释,当以5V电压给手机充电时,其实真正到达电池两端的电压不足5V。经过DC/DC降压,得到3.6V或3.7V,此时会带来功率损耗,因此会造成手机发烫。 PI的方案中可以通过指令使AC/DC输出端直接做到3.6V或3.7V,如此省去了DC/DC,不仅可以降低手机内部的功耗,降低温升,同时还可以提升充电效率,这也是PD控制协议出现的初衷。

相比传统方案,InnoSwitch3-PD在元件使用上要减少一半,以60W USB PD适配器为例,InnoSwitch3-PD总元件用约为60个,而其它3芯片方案要使用118个,4芯片方案需要124个,而自家的InnoSwitch4-CZ ClampZero™ 也需要79个元件。

PI提供以下两个参考设计,DER-837提供45W USB 3.0+PPS,使用元件数54个,空载输入功耗小于20mW,相较于DOE6和CoC v5 2016标准高出2.5%以上的裕量;RDR-838提供60W USB 3.0+PPS,使用元件数61个,空载输入功耗小于35mW,相较于DOE6和CoC v5 2016标准高出2%以上的裕量;

PI USB PD发展历程

■ 早在2015年PI就推出了其在USB PD上的第一款产品-InnoSwitch,这也是市场上首次采用FluxLink技术,该技术在初级和次级侧利用两个线圈耦合来传递信息,无需光耦器,不但可以节省空间还可提高功率密度;

■ 2017年InnoSwitch3面世,该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%,并且可以设计出无散热片的紧凑型65 W电源;

■ 2019年InnoSwitch3-Pro发布,可极大简化全数控高效率电源的开发和制造,尤其是采用紧凑外壳的电源。通过I²C接口,可实现输出电压及电流的动态控制,并且提供其他可动态设定的保护功能。同时针对大功率的输出,PI还集成powerGAN开关;

■ 2020年,PI为应对市场对电源体积和更高功率密度的要求,推出MinE-CAP,降低大电容所占的空间和尺寸,有利于在不改变工作频率的情况下,将电源体积缩小;

■ 2021年发布InnoSwitch4-CZ,是一款有源钳位IC,与ClampZero两个IC搭配工作,进一步缩小电源体积。

■ 本次发布InnoSwitch3-PD是高集成度充电器解决方案,整合了USB PD、PPS、PowiGaN和FluxLink技术,可最大限度地提高效率,显著减少适配器和充电器的元件数量。

PI在推出第一款USB PD后,一直致力于提供更大的输出功率,同时实现更高的功率密度。在体积上也追赶电子产品对小型化的需求,做到高水平的集成度,并使用最少的元件。InnoSwitch3-PD IC同样具备全面的保护功能,包括输入电压监测、精确的电压缓升/缓降和过压保护,以及具有可对故障响应单独设定的输出过压和欠压故障检测。

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