現在，我們的生活中出現各種各樣的智能設備，電源的規格也五花八門(mén)，并且市場(chǎng)上出現了諸如快充等新的充電協(xié)議。隨著(zhù)電力電子的發(fā)展，電源產(chǎn)品也必然逐漸走向智能化。那么現在，我們有沒(méi)有可能用一個(gè)設計，實(shí)現多種輸出規格的電源產(chǎn)品呢？這樣做能帶來(lái)哪些好處，你又是否想到？

 

電源方案引入可編程性，所有參數均可在后期設定

 

日前，繼年前發(fā)布LYTSwitch6后，PI公司在年后又發(fā)布InnoSwitch3-Pro功率變換解決方案。它有幾個(gè)特點(diǎn)：可編程、可設定、可調整——一個(gè)解決方案即可實(shí)現多種輸出規格。從字面上來(lái)，這幾個(gè)詞意思相近，但看完本文，你就能發(fā)現它們的差異。

 

PI公司資深技術(shù)培訓經(jīng)理閻金光告訴記者，InnoSwitch3-Pro的Pro代表programmable（可編程）。他談到：“InnoSwitch3出現已經(jīng)有很長(cháng)時(shí)間了，主要體現的是高效、元件數目很少。后面加上Pro則是數字可編程的功率變換。這種方案目前在業(yè)界還沒(méi)有看到。”

 

 

閻經(jīng)理介紹說(shuō)，InnoSwitch3-Pro是InnoSwitch3的后續產(chǎn)品，在它的基礎上加上了I2C數字接口，用來(lái)實(shí)現恒壓、恒流、恒功率AC/DC轉換。引入I2C接口，就可以用MCU和InnoSwitch3-Pro進(jìn)行通信。這樣就可以對它進(jìn)行設定，對輸出電壓、電流或功率進(jìn)行調整。除了可以對輸出規格進(jìn)行設定外，它還可以對一些保護功能進(jìn)行設定，如使能/禁止、關(guān)斷/自動(dòng)重啟、觸發(fā)閾值等。

 

 

比如在電源輸出短路的情況下，傳統的電源一般采用打嗝模式（自動(dòng)重啟動(dòng)）或鎖死關(guān)斷模式?，F在InnoSwitch3-Pro可以設定進(jìn)行選擇，而給電源設計師帶來(lái)了更大的靈活性。觸發(fā)閾值包括過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫保護點(diǎn)等，這些都可以設定。“以往IC做好了，這些參數也都設定好了，沒(méi)有辦法更改?，F在這些都可以進(jìn)行后期設定，是非常靈活的一種解決方案。”閻經(jīng)理補充說(shuō)。

 

為MCU提供uVCC引腳穩定供電

 

同樣，InnoSwitch3-Pro采用FluxLink磁感耦合方式進(jìn)行初次級間的信息交換（好處見(jiàn)《反激式電源效率提升到94%，意味著(zhù)哪些設計優(yōu)勢？》）。它在初級側集成了一個(gè)功率MOSFET——與以前的電源一樣是多模式操作，可以是DCM、QR（準諧振）或CCM工作方式。在次級側有同步整流驅動(dòng)，可以充分優(yōu)化兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的導通時(shí)序，而提高效率（最終效率達到94%以上）。MOSFET提供兩種選擇：650V的成本較低，725V的安全裕量更高，可滿(mǎn)足一些較嚴格的家電應用要求。

 

 

輸出由次級側檢測——電壓是直接電測，電流是通過(guò)電阻直接檢測。這樣可以得到更好的輸出精度?？蛰d功耗可以做到小于30mW。“即使我們采用了交流輸入過(guò)壓/欠壓保護電阻（接在高壓直流母線(xiàn)上），空載功耗仍可以做到這么低，這得益于我們內部的輸入過(guò)壓、欠壓檢測電路的精確控制。”

 

次級側可以實(shí)現精確的輸出過(guò)壓保護（OVP）。SR FET可以進(jìn)行直接控制，從而增加效率、安全可靠。無(wú)論電源工作在什么模式，它都能自動(dòng)調整開(kāi)關(guān)管的導通時(shí)序，從而把效率做到最大化。

 

電流檢測是由次級側的電阻進(jìn)行直接檢測?？刂频妮斎雭?lái)自負載端。InnoSwitch3-Pro要和MCU（工程師可自己選擇，8位機就足夠）配合工作。MCU需要供電。如果供電來(lái)自直流輸出端，這個(gè)電壓是變化的，會(huì )影響MCU工作（一般是3.3V或5V）。為了保證MCU正常工作，InnoSwitch3-Pro提供uVCC引腳，來(lái)為MCU供電（uVCC不受輸出電壓變化影響）。

 

編程采用I2C接口，可為T(mén)ype-C恒功率輸出提供精細檔位調整

 

編程接口采用I2C。輸出電壓和輸出電流可以編程，從而實(shí)現恒壓/恒流/恒功率特性，比如電腦適配器是19V恒壓輸出，Type-C輸出在6V以上要求是恒功率輸出（每20mV一檔進(jìn)行調整）。故障觸發(fā)閾值及響應方式也可以設定，比如可以把過(guò)壓保護或欠壓保護去掉，設定過(guò)溫保護點(diǎn)。

 

 

在Type-C應用中，負載輸出端會(huì )串聯(lián)一個(gè)MOSFET進(jìn)去。它接收指令，只有在負載可靠連接時(shí)，才會(huì )導通。這是因為T(mén)ype-C要求沒(méi)有帶負載的時(shí)候，電源是不能有電壓輸出的（100W輸出很大，若始終有電壓輸出，會(huì )影響觸點(diǎn)壽命）。MOSFET分P溝道和N溝道，N溝道更加便宜?？紤]到Type-C應用，InnoSwitch3-Pro中加入了N溝道MOSFET驅動(dòng)。

 

 

除了MOSFET驅動(dòng)外，它還加入了一個(gè)負載放電路徑。一旦MOSFET打開(kāi)后，負載輸入端會(huì )有輸入電流（可能引起觸電），在MOSFET關(guān)斷后，VB/D引腳對電流進(jìn)行下拉放電。

 

電源負載可以連接筆記本電腦、平板電腦或者手機。通過(guò)連接到負載的USB線(xiàn)，就可以實(shí)現和其內部MCU的通信，比如調整Type-C PD，10mV/50mA一檔進(jìn)行設定。另外，保護特性也可以編程設定。

 

 

應用廣泛：快充、對不同應用/保護特性可編程、對性能可編程/節省認證費用

 

InnoSwitch3-Pro應用廣泛。首先，它幾乎支持任何動(dòng)態(tài)快速電池快充協(xié)議，可以配合智能手機、筆記本/膝上電腦/平板電腦、智能音箱（內有MCU）等進(jìn)行充電。它支持USB PD 3.0 + PPS“load-directed”充電協(xié)議。“load-directed”是指輸出電壓/電流是由負載決定的，而不是像以前那樣定死的，比如5V/2A，閻經(jīng)理強調。以前電源是5V供電，電池是3.6V，二次側采用降壓充電。但電池放空時(shí)可能是2.8V左右，這就造成損失（有電壓差就有功率損耗）?，F在電壓可調，這樣就不用做二次降壓，而可以節省這部分功耗，甚至對提高手機的可靠性都很有幫助。另外，它支持幾乎所有充電協(xié)議，比如QC4、SCP、FCP、VOOC。

 

第二，它針對不同應用可編程及不同地區的保護特性可編程。這對多輸出電壓的鎮流器照明應用、DIN-rail（德國工業(yè)標準的導軌）電源非常有用。比如，酒店中的LED照明可能有12個(gè)或30個(gè)燈珠，輸出電壓不同，它可以現場(chǎng)編程滿(mǎn)足不同輸出電壓。另外，保護特性經(jīng)過(guò)設定可滿(mǎn)足各地區特殊要求。“大部分地區都接收短路打嗝保護，但唯獨日本要求完全關(guān)斷。因為以前輸出短路保護都是采用一個(gè)穩壓管，但穩壓管打嗝有功耗，會(huì )發(fā)熱，可能燒壞。燒壞后就起不到鉗位作用，而可能引起負載燒壞。因此日本要求完全關(guān)斷不是沒(méi)有道理。因此，InnoSwitch3-Pro做成同樣一個(gè)電源，可以設定輸出是打嗝保護還是關(guān)斷保護。電源都不用改變，只要設定程序即可。”他指出。

 

第三，對于非充電類(lèi)應用可對性能進(jìn)行編程設定。一個(gè)電源設計就可以實(shí)現多種輸出特性（恒壓/恒流/恒功率）。第二個(gè)方面是可以縮短設計時(shí)間，降低生產(chǎn)、認證及庫存成本。“以前電源工程師在做設計時(shí)，首先要滿(mǎn)足規格書(shū)，比如電壓、電流是多少。設計完后要去做認證，因為電源是個(gè)安全物件，這方面費用很高?，F在既然一個(gè)電源可以出來(lái)不同的規格，那認證只要做一遍就夠了。規格變了不需要做重新認證。另外，電源是個(gè)標準品，所有的器件對所有的規格都是一樣的，這樣也可以節省庫存成本。”他補充說(shuō)。

 

一個(gè)設計滿(mǎn)足多種客戶(hù)需求，且可節省研發(fā)成本、只需一次認證、獲得快速響應時(shí)間……

 

InnoSwitch3-Pro顛覆了傳統的電源生產(chǎn)模式，一個(gè)設計可以實(shí)現多種客戶(hù)電源輸出規格。如下圖A、B、C三種不同的客戶(hù)需求，在舊有的生產(chǎn)模式要有三種電源，分別做三次認證，并在三個(gè)不同的產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行生產(chǎn)。而現在，只要用InnoSwitch3-Pro一個(gè)電源進(jìn)行設定編程，就可以得到不同規格，滿(mǎn)足不同客戶(hù)需求。并且因為只要研發(fā)一款電源，也可以節省企業(yè)的研發(fā)成本，無(wú)需重復進(jìn)行安規認證，獲得更快的客戶(hù)響應時(shí)間（放在庫房里的電源，甚至老化都可以事先做好，編程之后就可馬上出廠(chǎng)）。產(chǎn)品的適應性更加高，庫存管理費也得到降低。

 

 

 

提供模擬到數字的設計工具支持

 

但是，由于引入了編程性，對于舊有的電源設計工程師來(lái)說(shuō)，需要從原來(lái)的全模擬世界走進(jìn)數字世界。為了幫助他們用InnoSwitch3-Pro設計出產(chǎn)品，PI也開(kāi)發(fā)了用于編程的全面設計支持工具，包括設計指南、程序設計手冊、不同微控制器的設計舉例，給他們做參考。編程工具包括：完整的API庫易于實(shí)現基于對象的編程，Doxygen（程序生成器）程序設計工具。（PI技術(shù)支持現在也招了一些軟件工程師，來(lái)幫助客戶(hù)做一些debug工作。）

 

 

設計范例

 

 

 

 

 

 

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