InnoSwitch?3-pro系列IC可極大簡(jiǎn)化全數(shù)控高效率電源的開發(fā)和制造，尤其是那些采用緊湊外殼的電源。通用的I2C可實(shí)現(xiàn)輸出電壓及電流的動(dòng)態(tài)控制，并且提供其他可動(dòng)態(tài)設(shè)定的保護(hù)功能。遙測(cè)技術(shù)可提供、可設(shè)定功能和故障模式的報(bào)告。

InnoSwitch3-pro器件適合于輸出電壓及電流需要精確(10mV,50mA)調(diào)整的65W以內(nèi)的AC/DC電源應(yīng)用。典型的實(shí)現(xiàn)方案包括一個(gè)系統(tǒng)微處理器或?qū)Ｓ梦⑻幚砥?，其I2C端口可用于配置、控制和監(jiān)測(cè)電源子系統(tǒng)的運(yùn)行情況。uVCC引腳在獨(dú)立方案（如USBpD適配器或充電器）中為微處理器提供偏置供電。

InnoSwitch3-pro系列有四個(gè)版本型號(hào)

InnoSwitch3-pro系列內(nèi)部框圖及基本電路

圖1：InnoSwitch3-pro系列初級(jí)控制器框圖(左)、InnoSwitch3-pro系列次級(jí)控制器框圖(右)

圖2：InnoSwitch3-pro-典型應(yīng)用基本原理圖

InnoSwitch3-pro在快充領(lǐng)域的應(yīng)用

快充的由來及發(fā)展

隨著科技的發(fā)展，智能手機(jī)進(jìn)入大屏?xí)r代，性能愈發(fā)強(qiáng)大，普及度也是越來越高，而它在我們的日常生活中的地位更是水漲船高。但是在電池技術(shù)沒有什么突破性發(fā)展的今天，快充技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前常見的快充類型有高通、OppO、MTK、華為、TI、pD等。

圖3：常見快充參數(shù)

USBpD全稱USBpowerDelivery，是由USB-IF組織制定的一種快速充電標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)更高電壓和電流的傳輸，最大傳輸功率可達(dá)100W，并可以自由改變電力的傳輸方向，是當(dāng)前主流的快充標(biāo)準(zhǔn)，USBpD現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了pD3.0版本。Type-C是一種新的接口規(guī)范，在實(shí)現(xiàn)了USBpD協(xié)議以后，能支持更高的充電功率、支持正反插入、有更快的傳輸速度（最高10Gbps）等。

USB-IF組織在原有的USBpD3.0基礎(chǔ)上，通過與高通、泰爾實(shí)驗(yàn)室以及國(guó)內(nèi)主流手機(jī)廠商的多方溝通，推出了可編程電源ppS(programmablepowerSupply)，旨在一統(tǒng)快速充電技術(shù)規(guī)范。所以，USBpD3.0-ppS快充標(biāo)準(zhǔn)是大勢(shì)所趨，有望成為主流。

ppS提供的接口輸出電壓從5V擴(kuò)展到3.0V~21V，電流0-5A?？烧{(diào)整電壓幅度為20mV，電流精度50mA，滿足絕大多數(shù)技術(shù)流派的快速充電，可以實(shí)現(xiàn)低壓大電流直充。

圖4：USBpD3.0-ppS快充標(biāo)準(zhǔn)

InnoSwitch3-pro-離線式反激電源的數(shù)字控制特點(diǎn)

InnoSwitch3-pro系列是一個(gè)能滿足寬輸出電壓要求的USBpD3.0-ppS電源方案;改進(jìn)的反激式拓?fù)淇商峁└咝詢r(jià)比、并能滿足DoE(6)效率要求的高效解決方案；具備I2C接口的高集成度的數(shù)字控制方案。

任何優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案，都離不開其高效性以及可靠性。大家都知道，結(jié)構(gòu)越是簡(jiǎn)單，其可靠性將會(huì)越高，InnoSwitch3-pro這種變頻反激式拓?fù)浞桨敢彩且粯樱捎谄涓叨燃?，因而整體方案的元件數(shù)目很少。在效率方面，此方案采用的變頻技術(shù)可在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)始終保持高效率，而更高的效率則意味著更低的熱量耗散。此外，對(duì)于寬輸出電壓應(yīng)用的pD3.0-ppS電源來說，電源不可避免地會(huì)工作于CCM或DCM工作方式，為了提高效率，方案中采用的同步整流及準(zhǔn)諧振的開關(guān)方式，可以保證各種輸出條件下均能實(shí)現(xiàn)高效。

提升效率是電源設(shè)計(jì)的一大永恒話題。并且不管輸入電壓和負(fù)載如何變化，電源都始終需要維持平穩(wěn)的高效率。隨著pD3.0-ppS快充電源的出現(xiàn)，電源的輸出電壓需要根據(jù)負(fù)載的應(yīng)用要求而改變，因而是否能在各種輸出條件下均能滿足國(guó)際能效標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)設(shè)計(jì)者來講也是一項(xiàng)不小的挑戰(zhàn)。那么InnoSwitch3-pro的設(shè)計(jì)方案具體是如何提高效率和可靠性的呢？

1.SR開關(guān)時(shí)序的精確控制可提高效率和可靠性

精確的初級(jí)開關(guān)管關(guān)斷與次級(jí)SR開通時(shí)序可降低同步整流管體二極管的導(dǎo)通時(shí)間，從而提高效率。而次級(jí)整流管關(guān)斷后再由次級(jí)側(cè)發(fā)送初級(jí)側(cè)功率開關(guān)管開通指令的時(shí)序控制方式可以保證在CCM工作方式下同步整流的高可靠性。

圖5：SR開關(guān)時(shí)序的精確控制

2.EMI及音頻噪聲的優(yōu)化可降低系統(tǒng)成本

變壓器屏蔽繞組可降低共模噪聲，頻率調(diào)制則可降低EMI掃描頻譜中的峰值數(shù)值，從而可以降低EMI濾波元件的成本。在輕載下一般都是采用降低工作頻率的方法來提高輕載效率，但在某一負(fù)載下，開關(guān)頻率會(huì)降至20kHz以下并進(jìn)入音頻噪聲范圍。尤其當(dāng)開關(guān)頻率接近變壓器本身的共振頻率點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的音頻噪音。為改善這種情況，InnoSwitch3-pro所采用的先進(jìn)的狀態(tài)控制器可以防止電源工作于7至12kHz的開關(guān)頻率下，而這一頻段是大多數(shù)變壓器產(chǎn)生噪音最大的工作頻段。此外，為進(jìn)一步降低音頻噪音，在變壓器的設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)工作頻率<20kHz時(shí)，會(huì)確保磁通密度BAC<120mT。

圖6：EMI、輕載效率及音頻噪聲的優(yōu)化

3.采用I2C接口

除了以上設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，InnoSwitch3-pro的方案還采用了集成的I2C接口，通過這個(gè)接口與外部微處理器進(jìn)行通訊，通過軟件對(duì)電源的輸出電壓及電流進(jìn)行精確的動(dòng)態(tài)階躍控制——電壓階躍步長(zhǎng)為10mV，電流階躍步長(zhǎng)為50mA——實(shí)現(xiàn)數(shù)字可編程的功率變換。這個(gè)帶來的好處是支持USBpD3.0子集中的ppS，可以更精確的控制輸出的電壓檔位。除了對(duì)輸出特性進(jìn)行外部編程控制以外，電源的各種保護(hù)特性也可進(jìn)行人為個(gè)性化設(shè)定。而所有這些強(qiáng)大的設(shè)定功能只使用簡(jiǎn)單的外部微控制器即可實(shí)現(xiàn)，從而省去了復(fù)雜的針對(duì)不同協(xié)議的接口電路。整個(gè)系統(tǒng)具有安全、可靠且體積小的特點(diǎn)，且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。

圖7：采用I2C接口電路

高度集成的InnoSwitch3-pro使應(yīng)用電路更加精簡(jiǎn)

集成了反激式控制器、高壓MOSFET、次級(jí)側(cè)檢測(cè)和同步整流驅(qū)動(dòng)器，帶HIpOT隔離保護(hù)的FluxLink?集成反饋鏈路。超高的集成度，使電路更加簡(jiǎn)化，外殼更加緊湊，圖8是對(duì)比行業(yè)其它pD3.0-ppS的方案。

圖8：InnoSwitch3-propD3.0-ppS方案Vs其它pD3.0-ppS方案

實(shí)際應(yīng)用電路對(duì)比

采用InnoSwitch3-Cp和WT6615FUSBpD控制器的27WUSBpD3.0-ppS充電器，使用了82個(gè)元器件；而采用InnoSwitch3-pro和WT6635pUSBpD控制器的27WUSBpD3.0-ppS充電器,卻使用了58個(gè)元器件。大大簡(jiǎn)化了電路，提高了產(chǎn)品的可靠性。

圖9：實(shí)際應(yīng)用電路對(duì)比

基于InnoSwitch3-pro系列的27W充電器方案實(shí)現(xiàn)緊湊、高能效的設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)主要采用InnoSwitch3-proINN3366C和Weltrend(WT6635p)USBpD控制器，能提供3.3V–11VppS輸出的27W充電器,涵蓋5V/3A、9V/3A、11V/2.45A的pD3.0規(guī)格。超高效率的InnoSwitch3-pro開關(guān)IC可提供電源輸出電壓及電流的數(shù)字化微調(diào)(10mV,50mA)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池充電的精確控制，使這款設(shè)計(jì)符合ppS快充協(xié)議，平均能效超過90%，待機(jī)功耗低于30mW，符合最新的能效標(biāo)準(zhǔn)。

圖9：27WpD3.0-ppS輸出標(biāo)準(zhǔn)

InnoSwitch3-pro系列的INN3366C內(nèi)置650V高壓MOS，還包括初次級(jí)控制器。通過內(nèi)置FluxLink?直接檢測(cè)次級(jí)側(cè)輸出電壓和電流的方式，向初級(jí)IC傳遞信息，能滿足HIpOT（高壓絕緣）要求，并實(shí)現(xiàn)及時(shí)快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。多模式準(zhǔn)諧振(QR)/CCM反激式控制器、同步整流驅(qū)動(dòng)器，可在所有輸入電壓及負(fù)載下實(shí)現(xiàn)效率的優(yōu)化。驅(qū)動(dòng)低成本的N溝道MOSFET串聯(lián)負(fù)載開關(guān)。集成了3.6V電源，用于為外部微控制器(MCU)供電。通過I2C接口實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整電源電壓及電流、遙測(cè)狀態(tài)回讀、各種功能的設(shè)定。

此外，該方案還集成全面的保護(hù)機(jī)制；對(duì)輸入電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便進(jìn)行精確的電壓緩升/跌落保護(hù)和過壓保護(hù)、可單獨(dú)設(shè)定輸出過壓/欠壓故障的響應(yīng)方式、次級(jí)同步整流FET/二極管短路保護(hù)、SRFET柵極驅(qū)動(dòng)開路檢測(cè)、遲滯熱關(guān)斷保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)、開環(huán)保護(hù)等。工程師采用該方案可輕松設(shè)計(jì)出支持pD3.0-ppS的高能效、高功率密度和高可靠度的電源適配器，用于智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦等。

1.主要特性描述

數(shù)字控制CV/CC準(zhǔn)諧振(QR)反激式控制器、內(nèi)置高壓MOS、次級(jí)側(cè)檢測(cè)和同步整流驅(qū)動(dòng)器

集成的I2C接口，支持使用更簡(jiǎn)單的USBpD控制器（10pin）精準(zhǔn)遙測(cè)和綜合保護(hù)

偉詮優(yōu)化的pin腳較少的USBpD3.0-ppS專用控制器WT6635p

采用副邊反饋比原邊反饋帶來很多優(yōu)勢(shì)

對(duì)變壓器的一致性要求不敏感

滿足DOE6、CoCV52016的能效要求(大于1%的效率余量)

符合ppS協(xié)議的電壓和電流的調(diào)整

輸出過壓和過流保護(hù)

<30mW的空載功耗

內(nèi)置過溫保護(hù)

ppS模式下電壓以20mV，電流以50mA的階躍調(diào)整

圖10：27WUSBpD3-ppS充電器原理圖

2.變壓器參數(shù)

采用簡(jiǎn)單的變壓器結(jié)構(gòu)，在滿足DoE及溫升同時(shí)，配合INN3366C的頻率調(diào)制技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)出色的EMI性能。

圖11：27WUSBpD3-ppS充電器變壓器參數(shù)

3.能效和性能測(cè)試

在90Vac、115Vac、230Vac、264Vac條件下，測(cè)得該方案于5V輸出的待機(jī)功耗低于25mW，在評(píng)估板端測(cè)得在115Vac和230Vac的條件下，9V/3A輸出的平均能效超過90%。

圖12：空載功耗及效率

在上述所有條件下測(cè)得的紋波和噪聲都低于100mV，動(dòng)態(tài)性能出色，散熱性良好。在輸出最高電壓、最大負(fù)載時(shí)測(cè)得漏極最大電壓532V，降額為81.8%。

圖13：關(guān)鍵器件溫升測(cè)試圖14：漏極最大電壓

總結(jié)：

USBType-C接口和USBpD協(xié)議將成為市場(chǎng)的主流。InnoSwitch3-pro將助您設(shè)計(jì)出符合USBpD3.0-ppS標(biāo)準(zhǔn)的充電器。powerIntegraTIons公司已使用powerIntegraTIons?的可動(dòng)態(tài)設(shè)定的InnoSwitch?3-pro系列IC所設(shè)計(jì)的多款充電器成功通過了USB功率傳輸(pD)3.0標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證測(cè)試。

本文來源：廠商供稿

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