高效能、智能化：PI InnoSwitch 5－Pro系列重新定义快充体验

当前，快充功率市场面临着一系列矛盾的挑战，随着对高功率的追求不断升级，对电源体积和成本的双重期望也愈发增加。科技的不断演进带来了新的应用领域，如家电和智能家居，导致快充协议日益多样化。USB PD和PPS 3.1标准在欧美市场广泛推广，我国的UFCS协议标准日益突显重要性，同时各大厂商推出VOOC、VFC、SCP等独有协议。这些不同的标准使得设计者必须更加灵活地适应市场的多样需求。

为了克服快充市场面临的复杂挑战，Power Integrations 敏锐洞察并推出了全新的解决方案—InnoSwitch™5-Pro系列，这款高效率、可数字控制的反激式开关IC正引领着行业变革。内部集成了750V或900V PowiGaN™开关，助力系统效率轻松超越95%的高水平。其创新的次级侧控制方式实现了零电压开关（ZVS），摒弃了对高成本专用高压开关的额外依赖，同时精简了元件数目。广泛应用于笔记本电脑、高端手机等便携式消费电子产品，尤其适用于支持扩展功率范围（EPR）协议的设计。在产品发布会上，Power Integrations 产品培训经理 JASON YAN 对这一创新产品进行了详细介绍，揭示了其在应对市场需求方面的巨大潜力。

InnoSwitch5-Pro：高效、灵活可编程，简化元件设计

JASON介绍，InnoSwitch™5-Pro通过采用氮化镓功率开关和零电压开关的创新设计，实现高达95%的效率。这一设计不仅有效降低了功率开关管的开关损耗，提高了整体效率，还成功减小了集成电路（IC）的温升，进一步提升了性能水平。在控制方式方面，InnoSwitch™5-Pro采用了独特的PI开关控制方式，相对于传统的PWM方式，这种新颖的控制方式具备更快的响应速度，尤其对处理动态响应特性至关重要。通过降低对输出电容的需求，有效降低了电源的尺寸和成本，为系统设计提供了更大的灵活性。

InnoSwitch™5-Pro在电源智能化方面表现卓越。该产品配备了可编程的接口，支持与各种厂商的微控制器（MCU）对接，使MCU能够有效与外部负载进行通讯。同时，它支持多种通讯协议，如USB PD3.1、UFCS等，而且无需更改硬件，为应对不同需求提供了高度灵活的解决方案。这使得InnoSwitch™5-Pro在电源管理方面具备先进的智能化特性，为多样化的应用提供了便捷而高效的解决方案。

此外，InnoSwitch™5-Pro还集成了多项功能，包括功率开关及其驱动、初级测控制器及驱动器、同步整流等，同时提供全方位的保护和遥测报告功能。通过软件方式，用户能够实时监测电源的运行状态和故障情况，使得电源管理更加智能化。

该器件采用InSOP™-28D专有封装，巧妙设计的爬电距离确保了高低压间具备足够的安全间距，有效预防了跳火现象的发生。这种封装方式不仅提升了电源的可靠性和稳定性，同时为整体性能提供了可靠的保障。

InnoSwitch5-Pro是一款超高效能的反激方案，采用了氮化镓功率开关管、内置控制器和可编程的SR-ZVS（同步整流-零电压开关）控制算法。该方案的初级功率管提供750V氮化镓或900V氮化镓开关，最大输出功率可以达到200W以上，旨在优化成本，并同时满足USB PD 3.1扩展功率范围的应用需求。

相对于传统有源钳位方式，零电压开关技术能够实现主功率开关管在开通前D-S电压降至零伏，从而消除开通损耗。PI的SR-ZVS控制通过利用次级同步整流管和次级侧的能量，实现了初级功率开关管的ZVS开通，避免了传统ACF方案中需要额外功率开关管和电平移动IC的成本。通过利用次级侧输出电容的能量，实现D-S电压泄放到零，不仅减少了元件数量和成本，还支持更高功率密度的电源设计。

该产品采用FluxLink磁感耦合实现初级和次级之间的通讯，省去了传统电源设计中常用的光耦器。输出电压和电流可通过I²C接口与外部MCU进行通讯设定，轻松适应各种快速充电协议。由于器件的超低控制功耗，即使在给次级侧MCU供电的情况下，空载功耗也能降至30毫瓦以下。

这一方案具有广泛可调的输出电压范围，适用于市场上已有的28V输出快充应用。通过软件设定，可实现电流精度高达2%，满足UFCS的要求。数字控制方式为设计提供了灵活性，实现了高效的反激设计。JASON还提到了该器件的可编程性是如何实现的。此器件通过 µVCC 供电引脚提供3.6V的供电电压给外部的MCU。所有的工作模式，故障中断，故障报告通过CC1及CC2数据线传输给负载。同时，根据负载的需求，MCU在运行软件后，通过I²C接口控制功率器件，为负载提供所需的电压电流组合。

零电压开关的作用

何为零电压开关，JASON通过线路图为大家解释。零电压开关是一种降低功率开关管损耗的技术，主要应用在功率开关管开通阶段。下图所示，在传统硬开关中，功率开关管开通期间，下降的电压与上升的电流产生存在交叠的区间，从而产生开通损耗。零电压开关是通过在开关管开通之前将功率开关管两端的电压通过电路将其泄放至零，然后再发出开关管开通的指令，这样就有效减小了开通损耗。通常实现零电压开关有两种常见的方式：LLC谐振半桥电路和有源钳位电路。LLC谐振半桥电路采用LLC谐振电源设计，设计相对复杂，需要两个功率开关管，同时变压器的设计也比较繁琐，因而成本较高。有源钳位电路是利用有源钳位电路的能量，包括励磁电感和漏感的能量，来实现V_DS电压的泄放。相较于LLC电路，这种方案减少了成本，但仍需要高压功率开关管和电平移动电路来控制钳位能量的释放。

SR控制实现零电压开关

而InnoSwitch5-Pro 通过次级（ SR ）控制实现零电压开关。随后JASON解释到，InnoSwitch™5-Pro无需增加高压功率开关和电平移动电路，而是在下一次功率开关开通之前先使次级的SR MOSFET开通一段时间,具体操作过程及工作时序如下：在同步整流（SR）MOSFET的操作中，由控制器开启该 MOSFET，从次级传输能量至变压器。接着，同步整流 SR MOSFET 关闭，通过变压器内部的换向过程，使初级电感中的电流继续流动。流动的电流将主开关关闭期间存储于漏源极间电容中的电荷泄放，释放到输入大电容中。最终这一过程导致主开关两端的电压逐渐降至零，使得初级开关在零电压状态下开通。由于初级开关两端电压为零，当主开关转换到导通状态时，系统实现零开通功率损耗，从而提高了整体效率。

该产品已经实现了量产，能够适应通用输入范围（85V到265V）的应用场合。Power Integrations采用了不同耐压水平的初级功率开关，可以确保最大功率达到135W。当需要具备前置功率因数校正（PFC）输入时，输入电压可达到385V。在这种情况下，适配器的最大输出功率可达到200W，在敞开式环境应用下，甚至能够达到220W。这样的设计旨在充分满足不同输入条件下的功率需求，为用户提供更为灵活和高效的电源解决方案。

总结

InnoSwitch5-Pro是一款高性能的快充方案，凭借其卓越的技术优势脱颖而出。采用了先进的已经得到市场认可的InnoSwitch控制技术，其中FluxLink隔离通信实现了对初级和次级两个功率开关的同时精准控制，高度集成的设计使系统更紧凑、效率更高。通过精确的电压和电流控制，以及I²C接口，可实现出色的控制水平，兼容各种微控制器，并支持所有主流的快充协议，无需额外元件即可实现高效率。InnoSwitch5-Pro还采用了PowiGaN的初级开关技术，提供了适用于印度市场的900V开关选项，实现了零电压开关，输出功率高达220W。这使其成为支持笔记本和电动工具充电器等快充应用的理想选择。总体而言，InnoSwitch5-Pro在功率、效率和控制能力上都表现卓越，是快充领域的先进解决方案。

快充功率市场在面临挑战的同时也展现出了蓬勃的发展态势。Power Integrations 通过创新技术和解决方案，不断应对市场需求，从而推动了电源行业的不断前进。