PI推出市场上唯一一款USB PD单芯片方案InnoSwitch3-PD 系列反激

似水流年

PI推出市场上唯一一款USB PD单芯片方案InnoSwitch3-PD 系列反激式开关IC



随着智能产品应用场景越来越多，小体积高功率密度的快充电源也备受大家青睐，USB PD是目前主流的快充协议之一，可实现更高的电压和电流。自PD充电协议普及以来，大量PD充电器迅速上市。那工程师如何为电源选择合适的IC呢？深耕于高压集成电路高能效功率变换领域的知名公司Power Integrations(PI)近日宣布推出其InnoSwitch3-PD系列反激式开关IC，该方案是工程师寻求极致充电器功率密度的最佳选择。

新的InnoSwitch3-PD IC 有极高的集成度和效率，是市场上唯一一个单芯片的方案。继承了InnoSwitch3系列的卓越性能，支持USB Type-C、USB PD和PPS适配器应用。只需一个单芯片直接和外部USB Type-c通讯。内部集成了USB Type-C和PD控制器、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，大大减化了BOM。另外对于功率较大的需求，PI 还集成了PowiGaN™开关。InnoSwitch3-PD符合安规的宽爬电距离InSOP™-24D封装(MSL 3) 。

Power Integrations 公司资深技术培训经理阎金光先生向媒体介绍了InnoSwitch3-PD的亮点之处。

                               
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高度集成，减化BOM

InnoSwitch3-PD与传统方案不同的是，该方案只有一个单芯片IC，通过CC1和CC2与Type-c通讯，内部集成USB Type-C和PD两个电源控制器，集成数字电路微控制器，另外同时兼顾功率器件，内部集成高压mos管。InnoSwitch3-PD IC可将BOM元件数减少到传统设计的一半。该方案在次级侧集成的微处理器，其功能有两个，一是负载类型的检测，通过CC1和CC2对负载的判定，二是E-Marker的电缆检测；内部还集成VBUS/VCONN开关控制，集成的VCONN供电可为检测开关供电；支持PPS，可编辑电源，可以对输出电压和电流进行精确的设定,并提供OVP保护。

一个控制器控制两个功率开关：InnoSwitch3-PD的初级侧集成了功率开关，对于功率较大的需求，PI还可以提供GaN开关。同以往的InnoSwitch3器件一样，提供多模式QR准谐振工作方式和CCM工作方式。PI认为CCM工作方式在反激电源应用中有必要进行优化。其难点之在于，在这种工作方式下，初级侧的功率开关和次级侧的同步整流开关不能同时开通，否则电源会炸掉。PI采用，以一个控制器，控制两个功率开关，保证了两个控制器不会出现同时开通的情况。

内部集成负载开关驱动，直接提供负载保护：InnoSwitch3-PD内部集成负载开关驱动，同时还提供了一些放电的路径，一旦负载被拔掉后，电容也会通过内部的电路释放掉，保证输出端始终是一个安全的电压。

温度检测输入：该方案提供用于NTC电阻的专用温度检测引脚，可以根据CC1或CC2的负载指令来设定输出电压，范围在3-24V，每档位为10mV，传统上PD的标准在20mV/档位。恒流控制：最大输出数值的20%-100%之间可调。电流档位：最大输出数值的0.8%。阎金光先生进一步解释，当以5V电压给手机充电时，其实真正到达电池两端的电压不足5V。经过DC/DC降压，得到3.6V或3.7V，此时会带来功率损耗，因此会造成手机发烫。 PI的方案中可以通过指令使AC/DC输出端直接做到3.6V或3.7V，如此省去了DC/DC，不仅可以降低手机内部的功耗，降低温升，同时还可以提升充电效率，这也是PD控制协议出现的初衷。

                               
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相比传统方案，InnoSwitch3-PD在元件使用上要减少一半，以60W USB PD适配器为例，InnoSwitch3-PD总元件用约为60个，而其它3芯片方案要使用118个，4芯片方案需要124个，而自家的InnoSwitch4-CZ ClampZero™ 也需要79个元件。

                               
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PI提供以下两个参考设计，DER-837提供45W USB 3.0+PPS，使用元件数54个，空载输入功耗小于20mW,相较于DOE6和CoC v5 2016标准高出2.5%以上的裕量；RDR-838提供60W USB 3.0+PPS，使用元件数61个，空载输入功耗小于35mW,相较于DOE6和CoC v5 2016标准高出2%以上的裕量；

                               
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PI USB PD发展历程

￭ 早在2015年PI就推出了其在USB PD上的第一款产品-InnoSwitch，这也是市场上首次采用FluxLink技术，该技术在初级和次级侧利用两个线圈耦合来传递信息，无需光耦器，不但可以节省空间还可提高功率密度；

￭ 2017年InnoSwitch3面世，该器件在任何输入电压及负载条件下均可提供94%的高效性能，将电源损耗大幅降低25%，并且可以设计出无散热片的紧凑型65 W电源；

￭ 2019年InnoSwitch3-Pro发布,可极大简化全数控高效率电源的开发和制造，尤其是采用紧凑外壳的电源。通过I²C接口，可实现输出电压及电流的动态控制，并且提供其他可动态设定的保护功能。同时针对大功率的输出，PI还集成powerGAN开关；

￭ 2020年，PI为应对市场对电源体积和更高功率密度的要求，推出MinE-CAP，降低大电容所占的空间和尺寸，有利于在不改变工作频率的情况下，将电源体积缩小；

￭ 2021年发布InnoSwitch4-CZ，是一款有源钳位IC，与ClampZero两个IC搭配工作，进一步缩小电源体积。

￭ 本次发布InnoSwitch3-PD是高集成度充电器解决方案，整合了USB PD、PPS、PowiGaN和FluxLink技术，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。

PI在推出第一款USB PD后，一直致力于提供更大的输出功率，同时实现更高的功率密度。在体积上也追赶电子产品对小型化的需求，做到高水平的集成度，并使用最少的元件。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。

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看上去不错的开关IC

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