【導(dǎo)讀】隨著電力電子的發(fā)展，電源產(chǎn)品也逐漸走向智能化。現(xiàn)在，我們可以用一個(gè)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多種輸出規(guī)格的電源產(chǎn)品。這種顛覆傳統(tǒng)的電源生產(chǎn)模式，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省庫存費(fèi)用、研發(fā)費(fèi)用、安規(guī)認(rèn)證費(fèi)用以及實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)客戶需求等等許多優(yōu)勢(shì)……
現(xiàn)在，我們的生活中出現(xiàn)各種各樣的智能設(shè)備，電源的規(guī)格也五花八門，并且市場上出現(xiàn)了諸如快充等新的充電協(xié)議。隨著電力電子的發(fā)展，電源產(chǎn)品也必然逐漸走向智能化。那么現(xiàn)在，我們有沒有可能用一個(gè)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多種輸出規(guī)格的電源產(chǎn)品呢？這樣做能帶來哪些好處，你又是否想到？
電源方案引入可編程性，所有參數(shù)均可在后期設(shè)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(shè)定、可調(diào)整——一個(gè)解決方案即可實(shí)現(xiàn)多種輸出規(guī)格。從字面上來，這幾個(gè)詞意思相近，但看完本文，你就能發(fā)現(xiàn)它們的差異。
PI公司資深技術(shù)培訓(xùn)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(xiàn)已經(jīng)有很長時(shí)間了，主要體現(xiàn)的是高效、元件數(shù)目很少。后面加上Pro則是數(shù)字可編程的功率變換。這種方案目前在業(yè)界還沒有看到。”
閻經(jīng)理介紹說，InnoSwitch3-Pro是InnoSwitch3的后續(xù)產(chǎn)品，在它的基礎(chǔ)上加上了I2C數(shù)字接口，用來實(shí)現(xiàn)恒壓、恒流、恒功率AC/DC轉(zhuǎn)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(duì)它進(jìn)行設(shè)定，對(duì)輸出電壓、電流或功率進(jìn)行調(diào)整。除了可以對(duì)輸出規(guī)格進(jìn)行設(shè)定外，它還可以對(duì)一些保護(hù)功能進(jìn)行設(shè)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(tǒng)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。現(xiàn)在InnoSwitch3-Pro可以設(shè)定進(jìn)行選擇，而給電源設(shè)計(jì)師帶來了更大的靈活性。觸發(fā)閾值包括過壓、欠壓、過溫保護(hù)點(diǎn)等，這些都可以設(shè)定。“以往IC做好了，這些參數(shù)也都設(shè)定好了，沒有辦法更改。現(xiàn)在這些都可以進(jìn)行后期設(shè)定，是非常靈活的一種解決方案。”閻經(jīng)理補(bǔ)充說。
為MCU提供uVCC引腳穩(wěn)定供電
同樣，InnoSwitch3-Pro采用FluxLink磁感耦合方式進(jìn)行初次級(jí)間的信息交換（好處見《反激式電源效率提升到94%，意味著哪些設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)？》）。它在初級(jí)側(cè)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(zhǔn)諧振）或CCM工作方式。在次級(jí)側(cè)有同步整流驅(qū)動(dòng)，可以充分優(yōu)化兩個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)序，而提高效率（最終效率達(dá)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，可滿足一些較嚴(yán)格的家電應(yīng)用要求。
輸出由次級(jí)側(cè)檢測——電壓是直接電測，電流是通過電阻直接檢測。這樣可以得到更好的輸出精度。空載功耗可以做到小于30mW。“即使我們采用了交流輸入過壓/欠壓保護(hù)電阻（接在高壓直流母線上），空載功耗仍可以做到這么低，這得益于我們內(nèi)部的輸入過壓、欠壓檢測電路的精確控制。”
次級(jí)側(cè)可以實(shí)現(xiàn)精確的輸出過壓保護(hù)（OVP）。SR FET可以進(jìn)行直接控制，從而增加效率、安全可靠。無論電源工作在什么模式，它都能自動(dòng)調(diào)整開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)序，從而把效率做到最大化。
電流檢測是由次級(jí)側(cè)的電阻進(jìn)行直接檢測。控制的輸入來自負(fù)載端。InnoSwitch3-Pro要和MCU（工程師可自己選擇，8位機(jī)就足夠）配合工作。MCU需要供電。如果供電來自直流輸出端，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，來為MCU供電（uVCC不受輸出電壓變化影響）。
編程采用I2C接口，可為Type-C恒功率輸出提供精細(xì)檔位調(diào)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(xiàn)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(diào)整）。故障觸發(fā)閾值及響應(yīng)方式也可以設(shè)定，比如可以把過壓保護(hù)或欠壓保護(hù)去掉，設(shè)定過溫保護(hù)點(diǎn)。
在Type-C應(yīng)用中，負(fù)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(fù)載可靠連接時(shí)，才會(huì)導(dǎo)通。這是因?yàn)門ype-C要求沒有帶負(fù)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。考慮到Type-C應(yīng)用，InnoSwitch3-Pro中加入了N溝道MOSFET驅(qū)動(dòng)。
除了MOSFET驅(qū)動(dòng)外，它還加入了一個(gè)負(fù)載放電路徑。一旦MOSFET打開后，負(fù)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(duì)電流進(jìn)行下拉放電。
電源負(fù)載可以連接筆記本電腦、平板電腦或者手機(jī)。通過連接到負(fù)載的USB線，就可以實(shí)現(xiàn)和其內(nèi)部MCU的通信，比如調(diào)整Type-C PD，10mV/50mA一檔進(jìn)行設(shè)定。另外，保護(hù)特性也可以編程設(shè)定。
應(yīng)用廣泛：快充、對(duì)不同應(yīng)用/保護(hù)特性可編程、對(duì)性能可編程/節(jié)省認(rèn)證費(fèi)用
InnoSwitch3-Pro應(yīng)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(jī)、筆記本/膝上電腦/平板電腦、智能音箱（內(nèi)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(fù)載決定的，而不是像以前那樣定死的，比如5V/2A，閻經(jīng)理強(qiáng)調(diào)。以前電源是5V供電，電池是3.6V，二次側(cè)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）。現(xiàn)在電壓可調(diào)，這樣就不用做二次降壓，而可以節(jié)省這部分功耗，甚至對(duì)提高手機(jī)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(duì)不同應(yīng)用可編程及不同地區(qū)的保護(hù)特性可編程。這對(duì)多輸出電壓的鎮(zhèn)流器照明應(yīng)用、DIN-rail（德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)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(xiàn)場編程滿足不同輸出電壓。另外，保護(hù)特性經(jīng)過設(shè)定可滿足各地區(qū)特殊要求。“大部分地區(qū)都接收短路打嗝保護(hù)，但唯獨(dú)日本要求完全關(guān)斷。因?yàn)橐郧拜敵龆搪繁Ｗo(hù)都是采用一個(gè)穩(wěn)壓管，但穩(wěn)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(fù)載燒壞。因此日本要求完全關(guān)斷不是沒有道理。因此，InnoSwitch3-Pro做成同樣一個(gè)電源，可以設(shè)定輸出是打嗝保護(hù)還是關(guān)斷保護(hù)。電源都不用改變，只要設(shè)定程序即可。”他指出。
第三，對(duì)于非充電類應(yīng)用可對(duì)性能進(jìn)行編程設(shè)定。一個(gè)電源設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)時(shí)間，降低生產(chǎn)、認(rèn)證及庫存成本。“以前電源工程師在做設(shè)計(jì)時(shí)，首先要滿足規(guī)格書，比如電壓、電流是多少。設(shè)計(jì)完后要去做認(rèn)證，因?yàn)殡娫词莻€(gè)安全物件，這方面費(fèi)用很高。現(xiàn)在既然一個(gè)電源可以出來不同的規(guī)格，那認(rèn)證只要做一遍就夠了。規(guī)格變了不需要做重新認(rèn)證。另外，電源是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)品，所有的器件對(duì)所有的規(guī)格都是一樣的，這樣也可以節(jié)省庫存成本。”他補(bǔ)充說。
一個(gè)設(shè)計(jì)滿足多種客戶需求，且可節(jié)省研發(fā)成本、只需一次認(rèn)證、獲得快速響應(yīng)時(shí)間……
InnoSwitch3-Pro顛覆了傳統(tǒng)的電源生產(chǎn)模式，一個(gè)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)多種客戶電源輸出規(guī)格。如下圖A、B、C三種不同的客戶需求，在舊有的生產(chǎn)模式要有三種電源，分別做三次認(rèn)證，并在三個(gè)不同的產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)。而現(xiàn)在，只要用InnoSwitch3-Pro一個(gè)電源進(jìn)行設(shè)定編程，就可以得到不同規(guī)格，滿足不同客戶需求。并且因?yàn)橹灰邪l(fā)一款電源，也可以節(jié)省企業(yè)的研發(fā)成本，無需重復(fù)進(jìn)行安規(guī)認(rèn)證，獲得更快的客戶響應(yīng)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）。產(chǎn)品的適應(yīng)性更加高，庫存管理費(fèi)也得到降低。
提供模擬到數(shù)字的設(shè)計(jì)工具支持
但是，由于引入了編程性，對(duì)于舊有的電源設(shè)計(jì)工程師來說，需要從原來的全模擬世界走進(jìn)數(shù)字世界。為了幫助他們用InnoSwitch3-Pro設(shè)計(jì)出產(chǎn)品，PI也開發(fā)了用于編程的全面設(shè)計(jì)支持工具，包括設(shè)計(jì)指南、程序設(shè)計(jì)手冊(cè)、不同微控制器的設(shè)計(jì)舉例，給他們做參考。編程工具包括：完整的API庫易于實(shí)現(xiàn)基于對(duì)象的編程，Doxygen（程序生成器）程序設(shè)計(jì)工具。（PI技術(shù)支持現(xiàn)在也招了一些軟件工程師，來幫助客戶做一些debug工作。）
設(shè)計(jì)范例
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