Power Integrations 推出了 InnoSwitch3-PD 系列集成電路，可為 USB Type-C、USB 供電 (PD) 和 USB 可編程電源 (PPS) 適配器提供效率和集成。該器件包括一個(gè) USB-C 和 PD 控制器、一個(gè)高壓 PowiGaN 開(kāi)關(guān)、一個(gè)多模準(zhǔn)諧振 (QR) 反激式控制器、次級(jí)側(cè)感測(cè)、FluxLink 隔離式數(shù)字反饋和一個(gè)同步整流驅(qū)動(dòng)器。

Power Integrations 培訓(xùn)總監(jiān) Andy Smith 討論了設(shè)計(jì)人員如何根據(jù)市場(chǎng)預(yù)期從功率密度中尋求最大性能，從而需要更深入地集成和優(yōu)化熱管理以最大程度地減少過(guò)熱。據(jù) Smith 稱(chēng)，InnoSwitch3 系列中的最新型號(hào)簡(jiǎn)化了材料清單，更容易構(gòu)建小型 USB PD 電源并減少額外組件。

電源供應(yīng)

市場(chǎng)一直在尋求效率。消費(fèi)者要求快速充電，但與此同時(shí)，他們想要能夠承受更高功率密度的更小充電器。GaN 技術(shù)的實(shí)施使得通過(guò)充分利用其熱特性來(lái)減少散熱器成為可能。除了 GaN 之外，在談?wù)撾娫葱蕰r(shí)要考慮的另一個(gè)因素是開(kāi)關(guān)頻率。PowiGaN開(kāi)關(guān)無(wú)需散熱器或散熱器即可提高效率。“與此同時(shí)，InnoSwitch3 設(shè)備引入了熱折返，沒(méi)有角落情況限制和快速充電的峰值功率，”史密斯說(shuō)。通過(guò)增加開(kāi)關(guān)頻率 (>300 kHz)，可以減小變壓器尺寸，但是這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生?通過(guò)引入其他組件來(lái)減輕這些影響，實(shí)際反激實(shí)現(xiàn)中的熱、EMI 和效率問(wèn)題。

當(dāng)開(kāi)關(guān)芯片面積增加以最小化 R DS(on)（傳導(dǎo)損耗）時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗會(huì)增加。不同的硅晶體管技術(shù)競(jìng)相降低器件的綜合損耗——超級(jí)結(jié)、垂直和橫向。另一方面，GaN 通過(guò)大幅降低開(kāi)關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗來(lái)提高充電和適配器開(kāi)關(guān)效率。

Smith 認(rèn)為，采用 InnoSwitch3-PD IC 的電源設(shè)計(jì)滿(mǎn)足全球所有的能效要求，空載功耗僅為 14 mW。這些設(shè)備的高效率保證了最小的散熱，避免了對(duì)大型散熱器的需要。Power Integrations 的 FluxLink 高速通信反饋鏈路可確保快速、準(zhǔn)確的次級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)。除了輸入電壓監(jiān)控、精確的掉電/掉電和過(guò)壓保護(hù)，以及輸出過(guò)壓和欠壓錯(cuò)誤檢測(cè)以及單獨(dú)可調(diào)的錯(cuò)誤響應(yīng)之外，InnoSwitch3-PD IC 還受到完全保護(hù)（圖 1）。

圖 1：典型應(yīng)用和 IC（來(lái)源：Power Integrations）

InnoSwitch3-PD

在一個(gè)設(shè)備中，InnoSwitch3-PD 集成了一個(gè)具有主側(cè)和副側(cè)控制的高壓電源開(kāi)關(guān)。該設(shè)計(jì)使用基于封裝引線(xiàn)框架和鍵合線(xiàn)的獨(dú)特電感耦合反饋技術(shù)，以提供一種安全、可靠和低成本的方法，將次級(jí) IC 的輸出電壓和輸出電流的精確直接感應(yīng)傳送到初級(jí) IC。在 InnoSwitch3-PD 上，主控制器是一個(gè) QR 反激控制器，可以在連續(xù)導(dǎo)通模式下工作。控制器使用變頻和變流控制方法。一個(gè)頻率抖動(dòng)振蕩器、一個(gè)與次級(jí)控制器磁耦合的接收器電路、一個(gè)限流控制器、一個(gè) 5V 穩(wěn)壓器、一個(gè)用于輕載運(yùn)行的音頻降噪引擎、一個(gè)旁路過(guò)壓檢測(cè)電路、無(wú)損輸入線(xiàn)路檢測(cè)電路、限流選擇電路、過(guò)熱保護(hù)和前沿消隱都包含在主控制器中。InnoSwitch3-PD 次級(jí)控制器包括一個(gè)磁耦合發(fā)射器電路、一個(gè)用于控制電源參數(shù)和遙測(cè)功能的 I2C 接口、一個(gè) 4.4V 穩(wěn)壓器、一個(gè)同步整流 FET 驅(qū)動(dòng)器、一個(gè) QR 模式電路、一個(gè)振蕩器和定時(shí)功能以及一個(gè)多種集成保護(hù)功能（圖 2 和 3）。

圖 2：InnoSwitch3 的主控制器框圖（來(lái)源：Power Integrations）

圖 3：InnoSwitch3 的次級(jí)控制器框圖（來(lái)源：Power Integrations）

參考設(shè)計(jì)

在采訪(fǎng)中，Smith 重點(diǎn)介紹了兩個(gè)參考設(shè)計(jì)：使用 InnoSwitch3-PD INN3879C-H803 的 45-W USB PD 3.0 電源和使用 InnoSwitch3-PD INN3879C-H801 的 60-W USB PD 3.0 電源。兩者都顯示在圖 4 中。它們的原理圖在圖 5 和圖 6 中可視化。

圖 4：參考設(shè)計(jì)（來(lái)源：Power Integrations）

圖 5：45W USB PD 3.0 原理圖（來(lái)源：Power Integrations）

圖 6：60W USB PD 3.0 原理圖（來(lái)源：Power Integrations）

電源的輸入側(cè)主要由輸入保險(xiǎn)絲 F1 組成，用于隔離電路并保護(hù)其免受組件故障的影響。當(dāng)輸入交流電源連接時(shí)，NTC 熱敏電阻 RT1 控制浪涌電流。整流后的直流總線(xiàn)連接到變壓器初級(jí)的一端，而 InnoSwitch3-PD IC 內(nèi)開(kāi)關(guān)的漏極端子連接到另一端。

輸入電壓檢測(cè)由電阻器 R4 和 R5 提供，可防止交流輸入的欠壓或過(guò)壓。反激變壓器 T1 的初級(jí)繞組一端連接到整流直流總線(xiàn)，另一端連接 InnoSwitch3-PD IC U1 內(nèi)開(kāi)關(guān)的漏極端子。InnoSwitch3-PD IC 的次級(jí)側(cè)具有輸出電壓和電流檢測(cè)功能，以及用于同步整流的 FET 柵極驅(qū)動(dòng)器。

　　審核編輯：湯梓紅