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效率94%!PI发布反激式开关电源“终极方案”

  电源电池  cywen 2017-10-1137800
反激式开关电源的效率的极限是多少?这个问题最新的答案是94%——Power Integrations公司(以下简称PI公司)刚刚发布的InnoSwitch 3系列恒压/恒流离线反激式开关电源IC可实现高达94%的效率,与其上一代InnoSwitch系列产品相比,电源损耗大幅降低25%!PI将其称为“终极反激式方案”。下面我们通过一组图,来看看InnoSwitch 3这个开关电源“神器”究竟什么样!

做电源设计的人都晓得效率的重要性。在电源转换过程中,更高的效率意味着更少的热量耗散,也意味着无需更大的体积和表面积去散热,不需要散热器也可以设计更高功率的产品,这对于电源产品的“身材”和成本控制都大有好处。从下面这个表中可以看到,使用效率94%的InnoSwitch 3设计的电源适配器,由于耗散热能的减少,和旧款相比体积只有其30%。所以采用InnoSwitch 3可以轻松设计出无散热片、结构紧凑的65 W电源,它特别适合对能耗、外形尺寸或散热要求比较严苛的电源应用,特别是那些必须符合强制性总能耗(TEC)标准的电源产品。

电源设计
关键是,InnoSwitch 3在很宽的输入电压范围内,都有很稳定的效率表现,这就比较厉害了。下图是以20V/30W敞开式电源为例的测试结果。

电源设计

在宽负载范围内,InnoSwitch 3的效率表现也很抢眼,下图这个笔记本适配器方案中,即使在10%的低负载下,电源效率仍可达90%以上,大大高于欧盟和美国的能源标准。

电源设计

InnoSwitch 3的空载功耗也非常出色,以45W的充电器为例,19V输出的空载功耗小于30mW,5V输出的空载功耗更是低于20mW。


大家一定好奇,InnoSwitch 3是如何做到如此高效率的?特别是在上一代InnoSwitch产品已接近极限的92%效率基础上,如何又挖掘出了2%的提升空间?下图列示出了InnoSwitch 3采用的一些关键的技术。其中,有两点对2%的效率提升起到关键作用:
1)由于采用的专利的开关和控制技术,CCM和准谐振开关,优化了效率。
2)由于在芯片中初级侧集成了功率MOSFET,次级侧也采用了同步整流MOSFET,所以通过InnoSwitch 3一颗芯片的控制器可以同时控制初级和次级两个MOSFET,优化它们的开关时序,更精准地控制同步整流的导通时间,提升了效率。

电源

除了高效率以外,InnoSwitch 3在实现精准的电压和电流调整方面,也是独树一帜。这里不能不再次提起PI引以为豪的FluxLink磁感耦合技术,这一创新的初级次级之间的通信反馈技术,使得电源系统既具备了次级侧控制方式的性能优势,无需光耦等额外的元器件,又具有初级侧驱动方式的简单性特征。采用FluxLink技术的InnoSwitch 3直接跨接于安规隔离带之间,直接监测输出,同时控制初级与次级开关,实现更高的性能。



InnoSwitch 3还具备出色的动态相应特性。常规的电源负载阶跃可导致输出电压的漂移且恢复缓慢,负载向下阶跃会造成输出过冲,向上阶跃会造成输出下冲,而InnoSwitch 3由于采用了优化的控制模式,可快速响应负载的变化,从下图可以看出即使出现100%的负载波动,也看不到明显的输出变化。
传统上,想要改善动态响应,需要在电路中增加输出电容或者二次稳压,而这些工作都被InnoSwitch 3一个器件搞定了,对开发者来说当然更划算。



此外,InnoSwitch 3还集成了完善的保护特性,包括无损耗输入过压及欠压保护、输出过压保护、过功率保护、过流保护、过温保护以及输出整流管短路保护。从下图可以看出,由于次级采用了同步整流短路保护,所以可以省去初级TVS箝位电路,给最终的产品和方案带来更好的经济性。



再来看看InnoSwitch 3的InSOP-24封装,这是一种可提供高效散热的薄型封装方案,为PCB板的布局带来了很大的便利性。同时该封装形式在初级侧与次级侧之间具有更宽的11.5 mm爬电距离和电气间隙,可轻松满足中国5000米海拔的CQC要求,可靠性更高,抗浪涌及ESD能力更强。


InnoSwitch 3的特性,决定了其应用范围十分广泛。与InnoSwitch一样,InnoSwitch 3也分别针对不同目标应用,提供了三个版本。详见下图。


最后我们上一张完整的InnoSwitch 3与InnoSwitch的比较图。从中我们的赶脚是,在竞争激烈的电源管理市场,“没有一个器件能够随随便便成功”,正是对一个个细节的“斤斤计较”,才成就了InnoSwitch 3“终极反激式方案”的江湖地位。

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