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内置USB PD控制器的反激式开关IC瞄准高效率、小尺寸应用

admin
2021-09-30
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标签:元器件

日前,Power Integrations(PI)举办线上新品沟通会,发布了InnoSwitch3-PD系列IC,这是业界面向USB Type-C、USB功率传输(PD)和USB数字控制电源(PPS)适配器应用的集成度最高的解决方案。

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PI公司高级技术培训经理阎金光表示,新IC采用超薄InSOP-24D封装,内部集成了USB-C和PD控制器、高压PowiGaN开关、多模式准谐振反激式控制器、次级侧检测电路、FluxLink隔离式数字反馈电路和同步整流驱动器,可最大限度地提高效率,显著减少适配器和充电器的元件数量。

不断推出USB PD新产品

据阎金光介绍,PI是一家专注于半导体领域高压功率变换的技术创新型公司。该公司的产品是清洁能源生态系统内的关键组成部分,可实现新能源发电以及毫瓦级至兆瓦级应用中电能的有效传输和使用。

目前公司的四大块业务包括:高能效AC-DC电源用IC产品;LED照明高效率驱动器IC;对安全要求极其严格的关键系统用高可靠性IGBT驱动器;高效率、高可靠性、高集成度的电机驱动器;还有支持400V和800V应用的汽车级门极驱动器和功率解决方案。

PI不断推出一系列创新产品以满足USB PD设计要求,包括:2015年的InnoSwitch加FluxLink;2017年的第三代InnoSwitch3;2019年的InnoSwitch3-Pro,其中三个产品型号中采用了PowiGaN 开关;2020年,为了满足配件市场对电源更高功率密度的要求,PI推出了MinE-CAP,主要是降低输入大电容所占的空间和尺寸,在不改变工作频率的情况下进一步缩小电源体积。

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2021年发布的InnoSwitch4-CZ,利用ClampZero有源钳位驱动和同步整流实现了更小的电源体积。在USB-PD应用中,无论是最开始的InnoSwitch,到现在最新的InnoSwitch4第四代产品,PI始终致力于提供更大的输出功率,同时实现更高的功率密度,这是PI研发USB-PD应用的初衷。

简化设计,降低BOM的应用方案

阎金光说,高功率密度需要方案具有极高的集成度和效率,以降低自身发热。对于寻求极致充电器功率密度的设计人员来说,InnoSwitch3-PD IC是最佳之选。作为InnoSwitch3产品系列的最新成员,InnoSwitch3-PD IC可以极大地简化智能手机、平板电脑、笔记本电脑和其他受益于快速充电的设备所需的紧凑、高能效USB PD电源的开发和制造。

InnoSwitch3-PD IC可将BOM元件数减少到传统设计的一半,从而缩短设计时间。对于原装及非原装充电器厂商来说,可大大简化其超薄、超紧凑充电器的批量生产。因为它只有一个IC与外边Type-C的CC1和CC2通信。内部集成了MCU。InnoSwitch3-PD既是一个功率器件,内部有高压MOS管、两个电源控制器,又有数字电路和MCU,可以直接连接Type-C接口。

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相对竞品方案,InnoSwitch3-PD节省了更多元件。包括初级侧元件、次级侧元件、USB协议通信识别MCU等加在一起,竞品1总的元件是118个,4芯片方案是124个。而采用InnoSwitch4-CZ有源钳位方案,控制IC外加控制器用了79个元件,但如果采用最新高度集成的InnoSwitch3-PD,可以降到60个元件,元件数目几乎减少一半。

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功率密度前所未有

InnoSwitch3-PD是市场上唯一的单芯片解决方案,可以实现同步整流驱动、初级开关控制,以及PD协议控制。用它做的20W小魔方充电器设计的体积比和5W充电器差不多。用了44个元件,每立方厘米功率密度高达1W。

50W超薄型充电器元件数60个,功率密度为1.12W/cm3,65W小魔方充电器元件数53个,功率密度1.36W/cm3。因为使用一到两块PCB,其抗振动冲击能力比使用3块以上PCB的更好。

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据介绍,采用InnoSwitch3-PD IC的电源设计效率达95%,具有低至14mW的空载功耗,符合所有全球能效法规。这些器件的高效率可显著降低散热量,无需大片的散热片。PI的FluxLink高速通信反馈链路可确保快速、精确的次级侧调整。InnoSwitch3-PD IC同样具备全面的保护功能,包括输入电压监测、精确的电压缓升/缓降和过压保护,以及具有可对故障响应单独设定的输出过压和欠压故障检测。

InnoSwitch3-PD IC可以用作100W方案,涵盖了PD最大功率的应用,因为其高效率,很多设计中都不使用散热片。对于较大输出功率,还可以使用PowiGaN,而功率比较小的还是用硅开关MOSFET。

InnoSwitch3-PD IC的封装与以前一样,唯一不同的是增加了一些引脚,包括直接连接Type-C协议通信的CC1和CC2引脚;还有过温检测引脚NTC,可以连接热敏电阻监测系统的不同位置。

更多特性支持应用开发

InnoSwitch3-PD适用于快充,其一些主要特性包括:

l  支持PD3.0和PPS,可以实现编程控制,根据负载质量来调整输出电压和电流;

l  QC4.0是高通协议,兼容QC 3.0

l  InnoSwitch3-PD内部有一次性可编程存储器,可以把软件写进IC内部,客户还可以定制IC软件,节省研发时间;

l  内部集成Type-C控制器可简化设计,符合USB Type-C 1.3标准;

l  提供所有必需的USB-PD和PPS功能,省去了软件和接口电路的开发时间和成本。

为了支持客户设计,PI还推出了一份设计报告RDR-838,这是一款使用InnoSwitch3-PD PowiGaN器件INN3879C-H801设计的、具有3.3V – 21V PPS输出的60W USB PD 3.0电源。

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