小身材大功率，PI全新反激式開關(guān)IC可實現(xiàn)效率超過95%！
隨著移動互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，各類消費電子產(chǎn)品百花齊放，智能手機、平板電腦等電子設(shè)備的功能也越來越豐富。但與此同時，高頻處理器、藍牙、GPS和WiFi等功能也都在大量的消耗電池的電量。
為了解決耗電量急劇上升的難題，近日全球領(lǐng)先的高壓集成電路供應(yīng)商Power Integrations（以下簡稱“PI”）推出了InnoSwitch?4-Pro系列可數(shù)字控制的離線恒壓/恒流零電壓開關(guān)（ZVS）反激式IC，旨在為業(yè)界提供一種中功率應(yīng)用更為高效的解決方案。
我們都知道，在電源開關(guān)的應(yīng)用上，氮化鎵（GaN）作為第三代半導(dǎo)體材料，具有比硅（Si）材料更重要的優(yōu)勢。比如，氮化鎵能夠在更高的電壓下提供更低的損耗，并且在開關(guān)切換時使用的能量也更少。另外，氮化鎵開關(guān)器件的體積更小，工作電壓范圍也更寬，因此電源設(shè)計人員能夠在很寬的輸入輸出電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)更高的開關(guān)頻率，同時在較小的物理尺寸上達到期望的設(shè)計效率。
而此次PI推出的InnoSwitch4-Pro IC，采用的正是穩(wěn)定耐用的PowiGaN氮化鎵初級開關(guān)。
據(jù)PI技術(shù)培訓經(jīng)理Jason Yan介紹，廣受歡迎的InnoSwitch3-Pro反激式開關(guān)IC是市面上第一個將模擬電路與數(shù)字電路集成到一起的功率器件。而這次發(fā)布的InnoSwitch4-Pro系列產(chǎn)品則集合了有源鉗位的所有優(yōu)點，并且支持零電壓開關(guān)技術(shù)，即使在開關(guān)頻率增加的情況下，也能達到極高的效率。另外，I2C接口靈活可編程的特性，讓其在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
據(jù)了解，InnoSwitch4-Pro系列反激式開關(guān)IC是基于上一代產(chǎn)品的成功經(jīng)驗而設(shè)計的，它繼承了InnoSwich3-Pro系列產(chǎn)品的廣泛適用性，以及InnoSwitch4-CZ高效且尺寸小的優(yōu)點。
首先，在效率方面，新IC采用獨特的控制方法，可與PI的ClampZero系列有源鉗位IC無縫銜接，在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）和非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下實現(xiàn)零電壓開關(guān)，效率高達95%以上，從而可使電源設(shè)計人員省去熱管理通常需要的散熱片、導(dǎo)熱片和灌封材料。
當InnoSwitch4-Pro與ClampZero IC搭配使用時，該控制方法還可支持更高的操作頻率，而不會造成效率的下降。當該產(chǎn)品單獨使用時，在DCM和CCM模式下還同時支持準諧振的開關(guān)工作。還可通過外部編程設(shè)定的方式選擇僅采用DCM模式工作，從而可以降低SR FET電壓應(yīng)力，優(yōu)化SR FET的成本。
其次，在工藝方面，新IC采用超薄的InSOP?-28D封裝，內(nèi)部同時集成了750V PowiGaN初級開關(guān)、控制器、用于次級側(cè)控制的FluxLink?加強絕緣反饋鏈路、I2C接口、有源鉗位驅(qū)動和同步整流。這種高集成度的設(shè)計，可極大簡化全數(shù)控高效率電源的開發(fā)和制造。
另外，這些可數(shù)字控制的反激式IC與ClampZero和MinE-CAP配套器件搭配使用，還可滿足OEM原裝、非原裝USB PD和通用快充技術(shù)規(guī)范（UFCS）適配器市場應(yīng)用非常需要的超緊湊和纖薄外形的設(shè)計要求。
說到UFCS，相信熱愛數(shù)碼產(chǎn)品的小伙伴應(yīng)該不會陌生。簡單來講，UFCS（Universal Fast Charging Specification）是中國通信標準化協(xié)會發(fā)布的新標準，是由華為、小米、OPPO、vivo等四大國產(chǎn)手機品牌牽頭推進的快充協(xié)議。
該協(xié)議旨在制定移動終端的融合快速充電標準，解決互配快充不兼容問題，為終端使用者創(chuàng)造快速、安全、兼容的充電使用環(huán)境。也就是說，符合這個協(xié)議的快充充電器，可以為不同的手機品牌快速充電，從而有效地解決了手機充電器不兼容的問題。而這次PI推出的InnoSwitch4-Pro產(chǎn)品因為有I2C接口與外部的協(xié)議接口IC通訊，因而可以兼容市面上任何的快充協(xié)議。這其中當然也包括UFCS。
值得一提的是，新IC利用智能接口，可以對電源的各種特性進行控制，方便進行數(shù)字編程控制的高效功率變換。而這種簡單的接口，再加上高頻有源鉗位工作，就意味著可以實現(xiàn)極小尺寸的電源適配器設(shè)計。
如果在使用InnoSwitch4-Pro和ClampZero IC之外，再使用MinE-CAP?器件，則可以進一步減小適配器的尺寸。而MinE-CAP IC同樣基于PowiGaN技術(shù)，可將輸入電容的尺寸減小約40%。
基于以上特性，新IC穩(wěn)態(tài)開關(guān)頻率高達140kHz，能夠提供高達220W的功率，可減少用于手機、筆記本電腦、平板電腦和多端口配件市場的超緊湊適配器應(yīng)用所需的元件數(shù)量和PCB板面積。如此高的工作頻率，也適合采用平面變壓器來完成設(shè)計，進而進一步為超薄適配器的設(shè)計打開了方便之門。
第三，在功能方面，新IC可以提供優(yōu)異的恒壓/恒流精度，不受外圍元件的影響，并且在提供輸入電壓檢測等安全及保護功能的情況下，其空載功耗小于30mW。該器件具有完善的保護功能，可提供用于輸出過壓和欠壓保護的自動重啟動或鎖存故障響應(yīng)方式，以及提供多個輸出欠壓故障閾值、鎖存或遲滯初級過溫保護、輸出母線開關(guān)短路保護。
除此之外，新IC還具有優(yōu)化的命令集，以降低I2C數(shù)據(jù)擁堵的可能性。
總之，InnoSwitch4-Pro IC集小巧與強悍于一身——可實現(xiàn)效率超過95%、外形小巧，同時兼容USB PD和通用快充技術(shù)規(guī)范（UFCS）的適配器設(shè)計，并且輸出功率高達220W。可以想象，在PI全新反激式開關(guān)IC的創(chuàng)新驅(qū)動下，未來的智能設(shè)備將會更加節(jié)能省電。
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