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 USB-C 和 PD 控制器、一個高壓 PowiGaN 開關、一個多模準諧振 (QR) 反激式控制器、次級側感測、FluxLink 隔離式數字反饋和一個同步整流驅動器。

Power Integrations 培訓總監 Andy Smith 討論了設計人員如何根據市場預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化熱管理以最大程度地減少過熱。據 Smith 稱，InnoSwitch3 系列中的最新型號簡化了材料清單，更容易構建小型 USB PD 電源并減少額外組件。

電源供應

市場一直在尋求效率。消費者要求快速充電，但與此同時，他們想要能夠承受更高功率密度的更小充電器。GaN 技術的實施使得通過充分利用其熱特性來減少散熱器成為可能。除了 GaN 之外，在談論電源效率時要考慮的另一個因素是開關頻率。PowiGaN開關無需散熱器或散熱器即可提高效率。“與此同時，InnoSwitch3 設備引入了熱折返，沒有角落情況限制和快速充電的峰值功率，”史密斯說。通過增加開關頻率 (>300 kHz)，可以減小變壓器尺寸，但是這個過程會產生?通過引入其他組件來減輕這些影響，實際反激實現中的熱、EMI 和效率問題。

當開關芯片面積增加以最小化 R DS(on)（傳導損耗）時，開關損耗會增加。不同的硅晶體管技術競相降低器件的綜合損耗——超級結、垂直和橫向。另一方面，GaN 通過大幅降低開關損耗和傳導損耗來提高充電和適配器開關效率。

Smith 認為，采用 InnoSwitch3-PD IC 的電源設計滿足全球所有的能效要求，空載功耗僅為 14 mW。這些設備的高效率保證了最小的散熱，避免了對大型散熱器的需要。Power Integrations 的 FluxLink 高速通信反饋鏈路可確保快速、準確的次級側調節。除了輸入電壓監控、精確的掉電/掉電和過壓保護，以及輸出過壓和欠壓錯誤檢測以及單獨可調的錯誤響應之外，InnoSwitch3-PD IC 還受到完全保護（圖 1）。

圖 1：典型應用和 IC（來源：Power Integrations）

InnoSwitch3-PD

在一個設備中，InnoSwitch3-PD 集成了一個具有主側和副側控制的高壓電源開關。該設計使用基于封裝引線框架和鍵合線的獨特電感耦合反饋技術，以提供一種安全、可靠和低成本的方法，將次級 IC 的輸出電壓和輸出電流的精確直接感應傳送到初級 IC。在 InnoSwitch3-PD 上，主控制器是一個 QR 反激控制器，可以在連續導通模式下工作。控制器使用變頻和變流控制方法。一個頻率抖動振蕩器、一個與次級控制器磁耦合的接收器電路、一個限流控制器、一個 5V 穩壓器、一個用于輕載運行的音頻降噪引擎、一個旁路過壓檢測電路、無損輸入線路檢測電路、限流選擇電路、過熱保護和前沿消隱都包含在主控制器中。InnoSwitch3-PD 次級控制器包括一個磁耦合發射器電路、一個用于控制電源參數和遙測功能的 I2C 接口、一個 4.4V 穩壓器、一個同步整流 FET 驅動器、一個 QR 模式電路、一個振蕩器和定時功能以及一個多種集成保護功能（圖 2 和 3）。

圖 2：InnoSwitch3 的主控制器框圖（來源：Power Integrations）

圖 3：InnoSwitch3 的次級控制器框圖（來源：Power Integrations）

參考設計

在采訪中，Smith 重點介紹了兩個參考設計：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 4：參考設計（來源：Power Integrations）

圖 5：45W USB PD 3.0 原理圖（來源：Power Integrations）

圖 6：60W USB PD 3.0 原理圖（來源：Power Integrations）

電源的輸入側主要由輸入保險絲 F1 組成，用于隔離電路并保護其免受組件故障的影響。當輸入交流電源連接時，NTC 熱敏電阻 RT1 控制浪涌電流。整流后的直流總線連接到變壓器初級的一端，而 InnoSwitch3-PD IC 內開關的漏極端子連接到另一端。

輸入電壓檢測由電阻器 R4 和 R5 提供，可防止交流輸入的欠壓或過壓。反激變壓器 T1 的初級繞組一端連接到整流直流總線，另一端連接 InnoSwitch3-PD IC U1 內開關的漏極端子。InnoSwitch3-PD IC 的次級側具有輸出電壓和電流檢測功能，以及用于同步整流的 FET 柵極驅動器。

　　審核編輯：湯梓紅