pi芯片开关电源详细解说（PI全新反激式开关IC可实现效率超过95）

随着移动互联网时代的到来，各类消费电子产品百花齐放，智能手机、平板电脑等电子设备的功能也越来越丰富。但与此同时，高频处理器、蓝牙、GPS和WiFi等功能也都在大量的消耗电池的电量。

为了解决耗电量急剧上升的难题，近日全球领先的高压集成电路供应商Power Integrations（以下简称“PI”）推出了InnoSwitch™4-Pro系列可数字控制的离线恒压/恒流零电压开关（ZVS）反激式IC，旨在为业界提供一种中功率应用更为高效的解决方案。

我们都知道，在电源开关的应用上，氮化镓（GaN）作为第三代半导体材料，具有比硅（Si）材料更重要的优势。比如，氮化镓能够在更高的电压下提供更低的损耗，并且在开关切换时使用的能量也更少。另外，氮化镓开关器件的体积更小，工作电压范围也更宽，因此电源设计人员能够在很宽的输入输出电压范围内实现更高的开关频率，同时在较小的物理尺寸上达到期望的设计效率。

而此次PI推出的InnoSwitch4-Pro IC，采用的正是稳定耐用的PowiGaN氮化镓初级开关。

据PI技术培训经理Jason Yan介绍，广受欢迎的InnoSwitch3-Pro反激式开关IC是市面上第一个将模拟电路与数字电路集成到一起的功率器件。而这次发布的InnoSwitch4-Pro系列产品则集合了有源钳位的所有优点，并且支持零电压开关技术，即使在开关频率增加的情况下，也能达到极高的效率。另外，I²C接口灵活可编程的特性，让其在各个领域都有广泛的应用。

据了解，InnoSwitch4-Pro系列反激式开关IC是基于上一代产品的成功经验而设计的，它继承了InnoSwich3-Pro系列产品的广泛适用性，以及InnoSwitch4-CZ高效且尺寸小的优点。

首先，在效率方面，新IC采用独特的控制方法，可与PI的ClampZero系列有源钳位IC无缝衔接，在连续导通模式（CCM）和非连续导通模式（DCM）下实现零电压开关，效率高达95%以上，从而可使电源设计人员省去热管理通常需要的散热片、导热片和灌封材料。

当InnoSwitch4-Pro与ClampZero IC搭配使用时，该控制方法还可支持更高的操作频率，而不会造成效率的下降。当该产品单独使用时，在DCM和CCM模式下还同时支持准谐振的开关工作。还可通过外部编程设定的方式选择仅采用DCM模式工作，从而可以降低SR FET电压应力，优化SR FET的成本。

其次，在工艺方面，新IC采用超薄的InSOP™-28D封装，内部同时集成了750V PowiGaN初级开关、控制器、用于次级侧控制的FluxLink™加强绝缘反馈链路、I²C接口、有源钳位驱动和同步整流。这种高集成度的设计，可极大简化全数控高效率电源的开发和制造。

另外，这些可数字控制的反激式IC与ClampZero和MinE-CAP配套器件搭配使用，还可满足OEM原装、非原装USB PD和通用快充技术规范（UFCS）适配器市场应用非常需要的超紧凑和纤薄外形的设计要求。

说到UFCS，相信热爱数码产品的小伙伴应该不会陌生。简单来讲，UFCS（Universal Fast Charging Specification）是中国通信标准化协会发布的新标准，是由华为、小米、OPPO、vivo等四大国产手机品牌牵头推进的快充协议。

该协议旨在制定移动终端的融合快速充电标准，解决互配快充不兼容问题，为终端使用者创造快速、安全、兼容的充电使用环境。也就是说，符合这个协议的快充充电器，可以为不同的手机品牌快速充电，从而有效地解决了手机充电器不兼容的问题。而这次PI推出的InnoSwitch4-Pro产品因为有I²C接口与外部的协议接口IC通讯，因而可以兼容市面上任何的快充协议。这其中当然也包括UFCS。

值得一提的是，新IC利用智能接口，可以对电源的各种特性进行控制，方便进行数字编程控制的高效功率变换。而这种简单的接口，再加上高频有源钳位工作，就意味着可以实现极小尺寸的电源适配器设计。

如果在使用InnoSwitch4-Pro和ClampZero IC之外，再使用MinE-CAP™器件，则可以进一步减小适配器的尺寸。而MinE-CAP IC同样基于PowiGaN技术，可将输入电容的尺寸减小约40%。

基于以上特性，新IC稳态开关频率高达140kHz，能够提供高达220W的功率，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。如此高的工作频率，也适合采用平面变压器来完成设计，进而进一步为超薄适配器的设计打开了方便之门。

第三，在功能方面，新IC可以提供优异的恒压/恒流精度，不受外围元件的影响，并且在提供输入电压检测等安全及保护功能的情况下，其空载功耗小于30mW。该器件具有完善的保护功能，可提供用于输出过压和欠压保护的自动重启动或锁存故障响应方式，以及提供多个输出欠压故障阈值、锁存或迟滞初级过温保护、输出母线开关短路保护。

除此之外，新IC还具有优化的命令集，以降低I²C数据拥堵的可能性。

总之，InnoSwitch4-Pro IC集小巧与强悍于一身——可实现效率超过95%、外形小巧，同时兼容USB PD和通用快充技术规范（UFCS）的适配器设计，并且输出功率高达220W。可以想象，在PI全新反激式开关IC的创新驱动下，未来的智能设备将会更加节能省电。

作者：蔡璐

来源：21ic电子网