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PI推出数模结合的InnoSwitch4-Pro反激式氮化镓开关IC

关键词:PI数模结合InnoSwitch4-Pro反激式氮化镓开关IC

时间:2022-11-22 09:18:37      来源:中电网

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)近日推出了其InnoSwitch4-Pro IC。该产品一如既往的采用PowiGaN氮化镓开关,可减少用于手机、笔记本电脑、平板电脑和多端口配件市场的超紧凑适配器应用所需的元件数量和PCB板面积。PI资深技术培训经理阎金光在发布会上详细解读了该系列产品。

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)近日推出了其InnoSwitch4-Pro IC。该产品一如既往的采用PowiGaN氮化镓开关,可减少用于手机、笔记本电脑、平板电脑和多端口配件市场的超紧凑适配器应用所需的元件数量和PCB板面积。PI资深技术培训经理阎金光在发布会上详细解读了该系列产品。

阎经理介绍,InnoSwitch4-Pro是集InnoSwitch3-Pro与InnoSwitch4-CZ的优势于一体。该产品拥有I2C接口,并通过其简单的可编程特点,可实现灵活的应用。利用有源钳位的工作方式,即使在开关频率增加的情况下仍能达到零电压开关和95%的高效率,进而缩小电源产品体积。可以说InnoSwitch4-Pro集成了以上两款产品的优势后又达到了一个新的高度。

智能接口+数字可编程

InnoSwitch4-Pro支持市场上常见的通信协议如USB PD、PPS、UFCS,甚至各大手机厂商自定义的通信协议,其应用灵活性得益于产品所具有的I2C接口,通过该接口与外界MCU相连,并与负载进行通讯,不受协议限制,兼容用于PD的CC1和CC2以及用于UFCS的D+和D- 的命令输入。

MCU与负载进行通讯,可根据负载需要,完成对电压电流的数字可编程控制,从而实现更高效率,最大可达到220W的输出功率。同时,电源工作状态也可以通过遥测的方式显示在终端,不仅具有状态报告的功能,还可以将保护特性以编程的方式进行外部设定。

有源钳位电路实现能量回收再利用

阎经理强调,虽然InnoSwitch4-Pro采用的是传统的反激电源,但其与ClampZero IC搭配使用,可在初级功率开关关断之后,将漏感中储存的能量暂时回收,在一定时序后,这些电容所储存的能量会通过变压器再释放到次级侧中,由负载消耗掉。这种有源钳位电路可把漏感的能量回收再利用,同时可实现主功率开关管的零电压开通。也就是说利用漏感的储能来实现一个震荡,使漏极电压震到零后,再发出指令来开通初级的功率开关。

这种有源钳位的驱动是采用非互补的驱动方式,电源的工作模式可在DCM(非连续导通模式)和CCM(连续导通模式)下切换。阎经理对此做了解释:一个电源随着负载以及输入电压的变化,会在DCM & CCM之间切换,在不同的工作环境下,功率器件所受的应力会有差异,从而影响效率。另外为了保证同步整流最有效的工作,开关管不能同时开通,需要有一定的时序控制,因此精确的时序控制尤为重要,与市场上其他产品不同的是,PI所用的是次级侧的控制器同时控制三个开关(次级的SR FET、初级PowiGaN开关、有源钳位PowiGaN开关),从而做到精准的控制,实现效率最大化的设计。另外,在USB PD中通常在输出母线上会串联一个母线开关,可以智能识别到电源是否有负载连接,从而执行对输出母线开关的打开和关闭。而这个母线开关的驱动信号也可又InnoSwitch4-Pro的次级主控制器提供。

总的来说,PI的InnoSwitch4-Pro的优势是一个简单的接口配合高频的有源钳位工作方式,实现极小尺寸的设计。并且基于I2C的功能还增加了新的特点,如增强了状态报告功能及其它更多的保护特性。另外,代码更加简化、响应更快捷,产品也会根据客户的具体应用需求具有不同的选项。基于InnoSwitch4-CZ技术,增加了零电压开关特性,拥有更高的开关频率,却不会带来效率的降低。另外初级侧集成PowiGaN™开关,输出电容小,开关损耗低,该系列产品最大型号输出功率可到220W。

具体到产品上,InnoSwitch4-Pro可提供两种不同的搭配,用户可以选择与ClampZero搭配使用的有源钳位方式工作,从而实现零电压导通(zvs),好处是实现最佳的效率表现及使用更小的磁性元件。

而当客户对成本有所限制,空间要求不高时,InnoSwitch4-Pro也可单独使用,在DCM和CCM模式下均可工作,还同时支持准谐振的开关工作(QR)。

两种搭配方式根据工作方式的不同设有不同的产品型号。并且对有前级PFC电路情况下,385 VDC的输入工况做了优化,提高了芯片的工作限流点,以达到更高的输出功率。

InnoSwitch4-Pro的优秀表现离不开已被市场验证过的InnoSwich3-Pro的良好基础,从而可实现达95%的效率。140kHz的开关频率,非常适合平面变压器设计,从而实现超薄的高功率密度电源设计。值得一提的是,即使包含线电压检测及给外部MCU供电的情况下,空载功耗仍可低于30mW。而这款新品的全系列型号都采用750V的 PowiGaN开关。以上提到,InnoSwitch4-Pro既可以工作在CCM也可工作在DCM方式下,而利用数字接口的编程设定可让电源以仅DCM的工作方式的工作。这样做的好处是可降低输出同步整流管的电压应力。因而利于降低SR FET的成本。InnoSwitch4-Pro采用InSOP-28D封装,提供极高的爬电间距,易于满足国际安全标准要求。

两款参考板的推出帮助工程师尽快熟悉InnoSwitch4-Pro

PI推出了两款新型参考板,供工程师尽快上手InnoSwitch4-Pro。

RDK-942采用InnoSwitch4-Pro + ClampZero IC的组合,提供65W输出USB PD 3.0 + PPS设计。固定输出电压5V – 9V – 15V – 20V。在230VAC输入下空载功耗<25mW 。6电源的平均效率在115VAC输入时可达92.3%,230VAC输入时可达93.4%。

而DER-960是采用HiperPFS-5 InnoSwitch4-Pro + ClampZero IC的组合,提供100W输出USB PD 3.0 + PPS设计,在230VAC输入下空载功耗<50mW 。它的平均效率在115VAC输入时大于92% ,在230VAC输入时,大于93% 。

回顾PI 在USB PD应用上的历代产品

PI 可谓是USB PD领域的引领者,自2015年以来发布多款新产品用以满足USB PD的各种应用。

2015年-InnoSwitch & FluxLink™(通过磁感耦合方式)的发布。

2017年-InnoSwitch3发布,改善了音频噪声的问题,主要应对更高输出功率的充电器市场。

2018年-PowiGaN™推出,主要应用在大功率产品中,其特点为开关速度快、损耗低。

2019年-InnoSwitch3-Pro推出,此产品为市场上第一个将模拟电路与数字电路集成到一起的功率器件。通过I2C与外部MCU进行通讯,以实现智能USB PD协议的沟通。

2020年-MinE-CAP™推出,通过两个并联电容的设计降低输入大电解电容的尺寸,从而进一步缩小电源尺寸。

2021年-PI推出了InnoSwitch4和ClampZero™以及 InnoSwitch3-PD。InnoSwitch3-PD优势是将MCU集成到芯片内部,是一款集成度较高的产品,对于中小客户,且无软件研发能力的客户非常有利,为市场上唯一的单芯片USB PD解决方案;而InnoSwitch4和ClampZero™的主要特点是有源钳位技术,目的是将变压器漏感的能量回收再利用,从而实现更高的工作频率。

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