當前位置:首頁 > 原創 > 付斌
[導讀]PD指的是利用USB口傳輸功率的意思,圍繞USB PD實際上PI已經推出了多代產品。在充電器把充電速度越做越快的時代下,PI的新品究竟與此前產品有何不同?日前,PI資深培訓經理Jason Yan向21ic電子網詳細解析了這款新產品。

9月22日,Power Integrations(納斯達克股票代號POWI,下文簡稱PI)推出內置USB PD控制器的InnoSwitch3-PD系列反激式開關IC。

PD指的是利用USB口傳輸功率的意思,圍繞USB PD實際上PI已經推出了多代產品。在充電器把充電速度越做越快的時代下,PI的新品究竟與此前產品有何不同?日前,PI資深培訓經理JasonYan向21ic電子網詳細解析了這款新產品。

與眾不同的PD方案,只為更高功率密度

早在2015年PI就推出了InnoSwitch和FluxLink,世界上首次出現在初級和次級之間利用兩個線圈耦合來傳輸次級信息的一個IC。

2017年,PI將InnoSwitch做到了第三代。2019年PI推出InnoSwitch3-Pro,包括I2C接口與外部的微處理器通訊,微處理器進行PD協議接口。同年,針對更大功率輸出應用,比如PD功率輸出最大可達100W的應用。PI在高輸出功率的產品型號中集成了PowiGaN的氮化鎵高壓開關。

2020年,為了應對市場追求更高功率密度設計的研發趨勢,PI推出MinE-CAP。該產品主要可以幫助降低輸入大電容的空間和尺寸,有利於在不改變工作頻率的情況下能夠將電源體積做的進一步縮小。

2021年,PI發佈了以有源鉗位反激拓撲方式工作的InnoSwitch4-CZ芯片。該芯片與另一款來自PI的ClampZero芯片協同工作,實現有源鉗位。有源鉗位的主要好處是可以將漏感能量回收,降低初級主功率開關管的開通損耗,進而可將轉換效率提高至95%。

PI資深培訓經理JasonYan為記者介紹,在USB PD的研發上,PI始終致力於提供更大的輸出功率,同時實現更高的功率密度。

既然已經推出瞭如此眾多的可應用於PD的芯片方案,為什麼PI還要發佈InnoSwitch3-PD呢?Jason告訴記者,該產品可大大簡化PD應用方案的BOM元件數,並且是市場上唯一個可以做到單芯片的USB PD解決方案。

目前市場上,要麼是功率器件,要麼是數字器件,而InnoSwitch3-PD內部既集成有高壓功率開關管、電源控制器等執行功率變換的電路,也集成有執行PD協議通訊的微處理器電路,集成後的功率IC直接與外部的Type-C電纜內導線連接。這種獨創的將模擬功率變換電路和數字電路集成在一個單芯片的方式,極大地提高了系統集成度,簡化了設計。

高度集成方案簡化BOM,精準控制輸出電壓或電流

InnoSwitch3-PD在初級側集成了初級功率開關和控制器,對於較高功率輸出的應用,可以採用集成氮化鎵開關的IC型號。延續了舊有InnoSwtich3系列IC的多模式QR(準諧振)和CCM(連續導通)的工作方式,保證電源一致的高效性能。值得一提的是,InnoSwitch3-PD的一個控制器同時控制初級側和次級側兩個功率開關,保證時序不會出現同步整流開關同時開通的情況,有利於在CCM工作方式下工作。

為了提升電源效率,市場上在次級側普遍採用同步整流技術,以降低傳統的使用二極管整流的損耗。這款InnoSwitch3-PD IC同樣提供了次級同步整流驅動功能。Jason強調,採用一個控制器控制兩個功率開關,可將兩個開關管時序中的死區時間做的儘量的短,進而增大同步整流管的導通時間,最大程度的提升效率。再者,一個控制器也極大地提高了可靠性,保證在CCM工作方式下兩個開關管不會出現同時開通的情況。如果採用不同的控制器分別控制兩個功率開關,則不得不將死區時間做大。否則,在某些惡劣的工作情況下,比如ESD,則會造成開關管誤開通,對電源可靠性造成影響。

為了應對PD應用的特殊要求,即在沒有負載連接適配器時,適配器輸出端不得有電壓存在。在輸出直流母線上往往會串聯一個母線負載開關。InnoSwitch3-PD IC內部集成了N通道的MOSFET負載開關驅動,以滿足上述要求。此外,產品還提供了VBUS放電功能,當負載拔掉時,輸出端會經過IC的引腳進行泄放,保證輸出端始終擁有安全電壓。

值得一提的是,InnoSwitch3-PD集成了USB-C和PD控制器,可對負載類型進行檢測,以判斷負載的類型是有源負載還是無源負載。同樣,E-marker電纜的檢測功能可以用來判斷所連接電纜的帶載能力。對於具有IC的電子標識電纜的檢測,InnoSwitch3-PD還在CC1或CC2線上提供VCONN供電電壓,以判斷標識IC的存在,進而瞭解輸出電纜的最大承載電流是否大於3A。利用CC1或CC2與負載進行的通訊可對輸出進行精確的電壓電流設定,完成PPS(可編程電源)的PD應用需求。

CC1和CC2用於與負載的協議溝通,InnoSwitch3-PD本身的CC1和CC2引腳耐壓達28V,完全適應PD應用最高輸出電壓20V的應用情況,且該引腳具有OVP保護特性。

InnoSwitch3-PD的另一個特點是具有一個温度檢測引腳。其外部可連接一個温敏電阻,來監測系統中不同的發熱點。甚至可以用來監測經常插拔的Type-C連接器的觸點温度。當温度過高時,可以在軟件中設定響應方式,當過温故障發生時對系統加以保護。

“與InnoSwitch3和InnoSwitch3-Pro不同,以前的反激電源中會有一個電壓採樣和FB引腳。InnoSwitch3-PD的輸出電壓直接通過Vout引腳進入控制器”,Jason強調,InnoSwitch3-PD的其中一個好處便是,可以根據負載的需求,來設定輸出電壓或者電流,其輸出電壓範圍可以精確控制在3-24V,且每個檔位壓差在10mV。另外,電流可在最大輸出數值的20%-100%之間可調,電流可以調整的檔位為最大輸出數值的0.8%。

USB PD標準要求每個檔位的可調壓差在20mV,而PI做到了10mV,做到如此精準控制的意義何在?Jason表示,手機內部Buck電源管理IC由於電池充電的需要,必須根據需求對其輸出電壓進行調整,因此AC/DC後需要DC/DC進行電壓的控制,AC/DC和DC/DC間不僅會產生損耗,還會引發電源管理IC的發熱發燙。而採用InnoSwitch3-PD則可直接在PD適配器的輸出端直接輸出所需的電池充電電壓,省卻手機內部的DC/DC,降低手機的功耗、温升,提升充電效率。而這種精確的輸出電壓電流可調特性,真正實現了所謂的“按需供電”。

卓越的功率變換能力,唯一的單芯片USBPD方案

相比市場的多芯片USB PD解決方案,PI的方案在整體BOM元件數上可大大降低。儘管採用PI的InnoSwitch4-CZ/ClampZero外加USB協議接口IC可以將總元件數能夠降低到79個。但如果使用最新的InnoSwitch3-PD方案,則可以將元件數進一步降低到60個。這相比市場上的3芯片或4芯片解決方案几乎降低了一半。在較少元器件的加持下,電源的功率密度可以做得更大,結構也更簡單,電源的可靠性也會更高。

“這是市場上唯一個可以做到單芯片的解決方案,同時做到了初級開關控制、同步整流驅動、PD協議的控制”,Jason如是説。

採用了InnoSwitch3-PD後,多種設計均可從中受益。比如僅用44個元件的雙PCB板的20W小魔方充電器設計、使用InnoSwitch3-PD和MinE-CAP的超薄50W充電器設計、以及採用53個元件的65W小魔方充電器設計。這些設計無不提現了InnoSwitch3-PD高集成度的方案優勢。

InnoSwitch3-PD延續了InnoSwitch3產品系列高效的優勢,擁有卓越的功率變換能力,其效率最高可達95%,空載功耗低至14mW。輸出功率可達100W,且無需散熱片。可靠耐用,長使用壽命,擁有完善的保護特性,且為高功率提供PowiGaN選項、為低功率提供硅開關選項。

封裝上,採用與InnoSwitch3相同的符合安規的寬爬電距離InSOP-24D封裝(MSL 3),相對於舊有的InnoSwitch3產品,次級側新增了CC1、CC2通信引腳和NTC熱敏電阻監測連接引腳。

InnoSwitch3-PD擁有適合於快充應用的各種主要特性,支持USB PD 3.0+PPS和QC4協議,內部搭載一次性可編程(OTP)存儲器。內部集成可簡化設計的Type-C控制器,符合USB Type-CRev. 1.3標準。所有的USB PD和PPS功能均可在IC內部完成,省去了協議軟件和接口電路的開發時間和成本。

InnoSwitch3-PD最大功率能夠達到100W的輸出,在最大的三個器件中使用了PowiGaN的氮化鎵開關,在較小的三個器件中使用了舊有的硅開關。

如果客户的PD應用沒有特殊的應用需求,則可採用PI提供的標準的InnoSwitch3-PD元件型號,其根據不同輸出功率應用範圍,已經固化了協議軟件在IC內部。適合不同的PDO或APDO輸出特性需求。

針對InnoSwitch3-PD,PI還推出了兩個參考設計,其一是45W USB PD 3.0 + PPS的DER-837,其二是60W USB PD 3.0 + PPS的RDR-838。

欲知詳情,請下載word文檔 下載文檔
換一批

延伸閲讀

[PI電源芯片] PI 推出內置USB PD控制器的InnoSwitch3-PD系列反激式開關IC

PI 推出內置USB PD控制器的InnoSwitch3-PD系列反激式開關IC

深耕於高壓集成電路高能效功率變換領域的知名公司Power Integrations(納斯達克股票代號:POWI)近日宣佈推出InnoSwitch™3-PD系列IC,這是業界面向USB Type-C、USB功率傳輸(PD)和USB數字控制電源...

關鍵字: USB 控制器 InnoSwitch

[付斌] 適配器元件數降低一半的訣竅:PI推出唯一單芯片USB PD方案

適配器元件數降低一半的訣竅:PI推出唯一單芯片USB PD方案

9月22日,Power Integrations(納斯達克股票代號POWI,下文簡稱PI)推出內置USB PD控制器的InnoSwitch3-PD系列反激式開關IC。 PD指的是利用USB口傳輸功率的意思,圍繞USB PD...

關鍵字: PI PD USB

[Power Integrations] Power Integrations推出內置USB PD控制器的InnoSwitch3

Power Integrations推出內置USB PD控制器的InnoSwitch3

美國加利福尼亞州聖何塞,2021年9月21日訊 – 深耕於高壓集成電路高能效功率變換領域的知名公司Power Integrations(納斯達克股票代號:POWI)今日宣佈推出InnoSwitch™3-PD系列IC,這是業界面向USB...

關鍵字: 充電器 FluxLink技術 USB

[可靠性雜壇] USB 接口電路設計常見問題

USB 接口電路設計常見問題

本文來源於麪包板社區 USB是一種快速、雙向、同步傳輸、廉價、方便使用的可熱拔插的串行接口 。由於數據傳輸快,接口方便,支持熱插拔等優點使USB設備得到廣泛應用。目前,市場上以USB2.0為接口...

關鍵字: USB

[電源電路] 調整 USB Type-C 和無線充電應用中的 VOUT第二部分:調製電壓編程

調整 USB Type-C 和無線充電應用中的 VOUT第二部分:調製電壓編程

1.前言 之前一篇文章討論的那樣,使用開關電阻器控制USB Type-C 電力傳輸 (PD) 和無線充電應用的輸出電壓 (V OUT ) 。這篇文章將介紹另一種需要較少組件和信號線的不同方法,稱為調製電壓編程。...

關鍵字: 電源 電壓控制 Type-C USB

付斌

140 篇文章

關注

發佈文章

技術子站

關閉