InnoSwitch3让你的手机适配器更小更凉爽

2017-09-29 10:45:06来源: EEWORLD 关键字:InnoSwitch  FluxLink  PI

日前,Power Intergration(以下简称PI)推出了全新一代离线反激式开关电源IC InnoSwitch3。

“PI作为全球AC/DC的领导者,从公司成立起,一直以来都专注于开发功率开关与控制器集成的转换IC。”PI资深培训工程师、实验室经理阎金光说到:“PI的转换IC共有三大创新点,包括设计简单,低功耗以及可靠的质量和交付能力。尽管PI产品价格在业界比较高,但一分价钱一分货,高性价比得到了业界的普遍好评。”

InnoSwitch3的创新让功耗进一步降低

阎金光表示,第一代InnoSwitch推出后,其线路简单、元件数目少且高效的特性为业界所认可,并在众多品牌小体积适配器设计中得到了广泛应用。

而相比InnoSwitch,InnoSwtich3又有了进一步的创新,如下表所示:



通过以上几点创新,最重要的是增强了产品的输出功率与输出效率,相比较InnoSwitch,InnoSwitch3可以达到94%的工作效率,比InnoSwitch 92%的工作效率更上一层楼。“不要小看工作效率只提高2%,这对于散热器大小的选择会有显著影响,甚至在某些应用中可以完全不使用散热器。”阎金光说道。



如图所示,通过效率提高,一个输入功率45W的适配器设计,使用InnoSwitch3可以将需要耗散的热能降低40%以上,从而可以实现更小尺寸适配器的设计。仅从散热角度考虑的话,相比于传统设计,其体积可以降低70%。




图为InnoSwitch3效率实测

“反激式电源的拓扑结构决定了其效率很难提高,而我们做到了业界领先,这实在是一项不小的挑战。”阎金光说。

谈及为何最高功率为65W,阎金光表示,“这是在不使用功率因数校正电路的基础上定义的最大输出功率,如果前级采用功率因数校正电路则此系列可以输出更高的输出功率。”

FluxLink让InnoSwitch独具创新力

InnoSwitch系列IC将初级、次级和反馈电路同时集成到一个表面贴装离线式反激开关IC中。InnoSwitch IC集成了初级FET、初级侧控制器、用于同步整流的次级侧控制器以及可省去光耦器的创新性的FluxLink技术,通过该项技术,InnoSwitch系列产品兼具初级侧稳压方案电路简单易的优点,同时又具有次级侧稳压方案输出精度高的特性。再者,FluxLink数字反馈技术的应用及创新的控制算法实现了极其快速的动态响应特性,而无光耦器的特点也大大增加的电源的可靠性。

Power Integrations的FluxLink是一项专有的全新通讯技术,它无需使用任何磁芯材料即可在安规隔离带之间进行反馈信息传输。FluxLink可提供非常大的通讯带宽,实现极快的负载瞬态响应。而且,它还具有极高的可靠性,不存在典型的光耦器性能随使用寿命传输特性出现降低的问题。此技术它集成于产品封装内,从而可以无需其它额外器件进行初次级间的反馈,进而节省空间和提高产品的功率密度,这一点对于有小体积尺寸要求的适配器和充电器应用特别有用。此外,这种专有技术能满足全球所有的噪声抗扰性标准。在安全方面,它不仅符合UL和TUV全球安全规范标准要求,而且其Insop24的宽爬电间距封装可以保证轻易满足中国CQC关于5000米海拔的设计要求。

InnoSwitch创新挨个说


图为InnoSwitch3应用原理框图

众所周知,开关电源的损耗主要来自于开关管的开关过程,由于开关管不是理想的开关器件,开关过程不是瞬间完成的,存在一定的过渡时间,传统的方波开关电源在这个过渡转换的时间里电压和电流存在交叠区域,因而会产生开关的损耗。随着频率的升高,这种损耗会逐渐加大而限制开关电源频率的提高,同时由于在转换过程中电压和电流短时间内的急剧变化,也会产生很大的开关噪声,形成电磁干扰EMI。为克服方波开关电源的这一缺点,软开关电路就是在电路中加入小电感或电容元件,利用谐振的原理,使开关两端的电压或电流的变化呈正弦波的变化规律,基本的设想是想办法使开关管能在电压过零ZVS或电流过零ZCS 的时候完成开关转换,以消除电压和电流的重叠,实现消除或减小功耗的目的。但此种方法的副作用是线路复杂,成本较高。

而InnoSwitch3内置了的特殊控制方式加上准谐振的特性,可以保证反激式电源在CCM和DCM之间实现无缝切换,仍能充分利用同步整流高效的优势,不需要软开关电路仍可实现效率比InnoSwitch进一步的提高,同时也降低了输出纹波。

在时序控制方面,InnoSwitch3对同步整流的开关时序进行了优化,确保实现对初级侧的功率开关管和次级侧的同步整流开关管的开关时序更加精准,尽量延长次级侧SR整流管的导通时间,从而充分利用次级侧同步整流高效的特性,实现整体效率的提升。可以以很大的余量满足世界范围内能效法规的要求。即使对某些对效率指标要求不是很严苛的应用,工程师也可将高效优势转化为其产品的成本优势,比如可以使用更细的输出电缆、更小的变压器等方法来牺牲效率降低成本,从而以更较低的成本满足能效法规的效率要求。


图为采用InnoSwith3的笔记本电脑适配器效率性能,可以在任何负载范围内轻松满足能耗标准要求

如前所述,由于FluxLink技术的应用,InnoSwitch3可以实现极其快速的动态响应特性。即使输出负载从空载至满载的跳变,在输出也不会感觉到明显的输出电压变化。因而与传统控制方法相比,使用InnoSwitch3可以采用更小的输出电容,即可同时满足动态及输出纹波的要求。这一点对于降低电源成本、实现小体积电源设计尤其重要。


另外,由于InnoSwitch3控制电路极低的功耗,在即使采用输入电压检测电路的情况下仍能实现极低的空载功耗特性。而其内部的高压切换开关管可以保证输入电压检测电阻的功耗对于空载功耗的影响小于2毫瓦。这对于那些有极低空载功耗要求且可靠性要求比较高的应用场合尤其有用。


图为使用InnoSwitch3的空载功耗特性,远远满足<30mW的业界标准

InnoSwitch3具有大量的保护功能,包括输入过压欠压保护、输出过压保护、过流保护、过功率保护、短路保护和过温保护。此外还包括输出整流管开路/短路保护、同步整流驱动引脚开路/短路保护等。这些可以确保电源工作的高可靠性。

此外,InnoSwith3同时集成了次级整流管短路保护功能。如果次级侧SR整流管短路,则初级侧的开关管即停止开关操作,无需额外的瞬态抑制二极管(TVS)对初级侧功率开关管进行保护。这也是相比较InnoSwitch的改进之处。

InnoSwitch3采用了更薄的InSOP封装尺寸,高度只有1.5mm,“其它插件元件的引脚焊点都比InnoSwitch3高度要高,因而不用担心其封装高度无法满足超小适配器的空间限制要求。”阎金光表示,“超薄封装设计也可以有效保障适配器外壳不会出现过热局部的发热点,进而带来安全隐患。”尽管封装变薄,但InnoSwitch3的初级侧与次级侧却具有更宽的11.5 mm爬电距离和电气间隙,可靠性更高,抗浪涌及ESD能力更强。

InnoSwitch3不同分类

为了满足不同应用场合的应用,InnoSwitch3共分三大子系列产品,如图所示


此外,PI还推出了专门的PI Expert设计软件套件,包括BOM、电路原理图和变压器绕组工艺说明,以及6款参考设计,而在PI官网上,也有名为build-your-own-innoswitch的在线选型工具,供工程师根据其规格需要选定不用输出特性的相应产品。

关键字:InnoSwitch  FluxLink  PI

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_2017092973222.html
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