相較于傳統(tǒng)的兩級(jí)架構(gòu)，這款新GaN電源IC采用750V PowiGaN?氮化鎵開(kāi)關(guān)管、零電壓開(kāi)關(guān)(無(wú)需有源鉗位)和同步整流技術(shù)，且無(wú)需使用單獨(dú)的DC-DC變換級(jí)，可精簡(jiǎn)PCB元件數(shù)目，效率提升實(shí)現(xiàn)高達(dá)10%。

在大多數(shù)現(xiàn)代嵌入式電子系統(tǒng)中，幾乎都需要依靠多種直流電壓供電才能運(yùn)行各種功能，如計(jì)算、通信和執(zhí)行功能(通常是加熱、發(fā)光、發(fā)聲或某種運(yùn)動(dòng)功能)等應(yīng)用場(chǎng)景。傳統(tǒng)的解決方案是使用單輸出的反激式電源加多個(gè)后級(jí)的降壓或升壓變換來(lái)改善電壓的穩(wěn)定輸出。

但這種兩級(jí)變換的架構(gòu)會(huì)使得每個(gè)變換級(jí)的損耗都會(huì)累加起來(lái)，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的性能并產(chǎn)生熱量。所以從這個(gè)角度講，效率和穩(wěn)壓精度之間構(gòu)成了矛盾。

而為了維持空載及輕載時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定，往往在輔助輸出的負(fù)載端或降壓型DC-DC的輸出端會(huì)使用假負(fù)載電阻來(lái)拉低空載或輕載情況下的輸出電壓，而這樣做會(huì)帶來(lái)空載輸入功耗或待機(jī)功耗的增加，從而在穩(wěn)壓精度和空載功耗之間帶來(lái)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

所以多路輸出電源的設(shè)計(jì)對(duì)于電源設(shè)計(jì)工程師來(lái)講，是一個(gè)需要不斷在各項(xiàng)性能和成本之間進(jìn)行權(quán)衡選擇的過(guò)程。

對(duì)于傳統(tǒng)的多路輸出電源的設(shè)計(jì)，工程師需要在效率、空載功耗、輸出精度三者之間加以均衡考量。一般而言，反激式的多路輸出電源包括主輸出和輔助輸出，主輸出可以始終維持穩(wěn)定，但是輔助輸出會(huì)隨著主輸出的負(fù)載情況電壓會(huì)忽高忽低，也就是所謂的交叉調(diào)整率特性。

相對(duì)于單路輸出電源設(shè)計(jì)，多路輸出電源的電壓穩(wěn)定性和效率表現(xiàn)要差很多。工程師不得不采用改變?nèi)臃绞交蛟黾蛹儇?fù)載電阻的方式來(lái)折中考量穩(wěn)壓精度和待機(jī)功耗之間的矛盾。又或者通過(guò)使用二次DC-DC變換的方式，在輸出精度和電源成本之間進(jìn)行取舍。

那么設(shè)計(jì)時(shí)，如何避免多路輸出電源中的這些局限性，更好地均衡效率、空載功耗和輸出精度呢?

2月27日，深耕于高壓集成電路高能效功率變換領(lǐng)域的知名公司Power Integrations就正式發(fā)布了InnoMux-2?系列單級(jí)獨(dú)立穩(wěn)壓的多路輸出離線式電源IC，展示了新款氮化鎵電源IC將系統(tǒng)功率損耗降低高達(dá)50%的優(yōu)越系統(tǒng)性能。

為了滿足很多嵌入式系統(tǒng)多軌供電的使用需求，此款新電源IC拓?fù)錁O大改善了傳統(tǒng)多路輸出離線式電源變換的設(shè)計(jì)。它可以根據(jù)負(fù)載的不同來(lái)配置不同的恒壓和恒流輸出，可達(dá)15-100W的輸出功率能力，而每路輸出均進(jìn)行獨(dú)立的反饋進(jìn)行穩(wěn)壓或穩(wěn)流調(diào)整。

該方案通過(guò)單級(jí)變換、零電壓開(kāi)關(guān)和PowiGaN?開(kāi)關(guān)的結(jié)合，其效率與傳統(tǒng)的兩級(jí)方案相比最多可提高10%;而且在輸出端無(wú)需輸出電壓泄放電路，使待機(jī)功耗的性能改善達(dá)20%;輸出調(diào)整精度的提高則無(wú)需采用后級(jí)的升壓或降壓穩(wěn)壓電路，系統(tǒng)元件數(shù)目可縮減約50%;每路輸出可根據(jù)調(diào)整需要對(duì)初級(jí)側(cè)傳輸過(guò)來(lái)的能量進(jìn)行按需分配，保證每路輸出在整個(gè)輸入電壓及負(fù)載范圍內(nèi)維持在±1%的輸出精度。

當(dāng)前，可持續(xù)發(fā)展和既定政策的碳排放計(jì)劃場(chǎng)景當(dāng)中，能效改善對(duì)于碳排放的貢獻(xiàn)率達(dá)37%，超過(guò)三分之一的碳排放目標(biāo)，需要靠提高效率來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而能效改善是實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)的關(guān)鍵。因此，更高效的功率變換對(duì)于低碳未來(lái)至關(guān)重要。

值得一提的是，InnoMux-2 IC通過(guò)對(duì)輸出能量加以引導(dǎo)，而無(wú)需后級(jí)穩(wěn)壓器可將整體系統(tǒng)效率最多提升10%，達(dá)到90%的系統(tǒng)效率。

另外，降低待機(jī)功耗對(duì)低碳發(fā)展同樣重要。據(jù)了解，目前已有愈多應(yīng)用涉及到滿足待機(jī)限制的要求。諸如能源之星?和歐盟標(biāo)識(shí)指令都對(duì)設(shè)備的功耗進(jìn)一步進(jìn)行了限制，設(shè)備工作期間及待機(jī)狀態(tài)的系統(tǒng)功耗限值均更加嚴(yán)格;生態(tài)設(shè)計(jì)指令2024/826要求將待機(jī)功耗從500mW降至300mW，這種新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施所造成的每年的能源節(jié)省相當(dāng)于7300萬(wàn)加侖的汽油。

一般而言，傳統(tǒng)降壓變換器和多路輸出電源在輕載/空載時(shí)“燃燒”掉多余的能量以維持輸出電壓的穩(wěn)定，因此必須使用后級(jí)穩(wěn)壓器，接受差的穩(wěn)壓精度或者增加額外的輸出負(fù)載成為電源設(shè)計(jì)者不得不面對(duì)的問(wèn)題。如不加假負(fù)載進(jìn)行能量的泄放，輸出電壓在空載時(shí)甚至?xí)仙炼噙_(dá)20%。但如果有方案可以不使用泄放電阻，則節(jié)省的可用功耗可以在設(shè)備上用來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的待機(jī)功能。

InnoMux-2 IC解決方案即使在空載且不使用泄放電路的情況下仍可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出精確的控制。初級(jí)側(cè)每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的能量根據(jù)需要由次級(jí)側(cè)控制器在不同輸出之間進(jìn)行按需分配，進(jìn)而確保精確的輸出控制，即使在空載情況下也能保證輸出的穩(wěn)定。

在應(yīng)用方面，InnoMux-2 IC解決方案支持一路恒壓和一路恒流輸出、兩路恒壓輸出、三路恒壓輸出和一路恒壓及最多達(dá)八路的恒流輸出等各種輸出組合，能夠廣泛應(yīng)用于顯示器、電視、家居自動(dòng)化、照明、小家電、工業(yè)、儀表等眾多領(lǐng)域。

InnoMux-2 IC解決方案還可支持多種電源架構(gòu)和多個(gè)功率級(jí)別，并且由PI Expert? 設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)支持，目前首個(gè)客戶的應(yīng)用方案已經(jīng)量產(chǎn)。

從研發(fā)到量產(chǎn)，可以明顯地看出，InnoMux-2 IC解決方案已經(jīng)得到了極大的驗(yàn)證。它支持多種CV和CC輸出組合及10–100W的輸出功率范圍等市場(chǎng)應(yīng)用，以其精確、高效、元件數(shù)目少等特性徹底改變多輸出功率轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)理念，是低待機(jī)應(yīng)用的理想選擇。

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審核編輯 黃宇