【经验】基于高集成度InnoSwitch3-CP电源控制器的30W电源参考设计，平均效率大于90%

2018-10-29 Power Integrations
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Power Integrations推出了DER-631电源参考设计，旨在用作USB墙壁插座充电器的输出电源。30W输出轨（可选5.1V/6A或9.2V/3.3A或15.3V/2A）设计用于带有A型或C型端口的高功率USB充电应用。


DER-631电源参考设计的输出采用了PI公司InnoSwitch3-CP系列IC中的INN3268C电源控制器。由于InnoSwitch3-CP控制器的高集成度，用于该设计可提供高功率密度和高效率，从而提供卓越的性能。


DER-631是一款低压输入反激式转换器设计。关键的设计目标是高功率密度、高效率、低空载功耗和最佳的热性能，适用于墙壁插座USB充电器。


InnoSwitch3-CP在单个表面贴装的离线反激式开关IC中集成了初级侧、次级侧和反馈电路。该IC还集成了主MOSFET、初级侧控制器、用于同步整流的次级侧控制器，并采用了创新的Fluxlink™技术，无需在次级感应反馈系统中使用光耦合器。

图1 DER-631电源参考设计电路板俯视和低视图

设计要点

该设计的目标是3个输出的平均效率要超过90％。通过变压器设计以及选择合适的有源器件和偏置电压来优化效率。对于变压器设计，最好将反射电压（VOR）保持在较低水平，以降低次级侧的RMS电流。较低的VOR还意味着初级侧MOSFET上的漏极到源极电压较低，可以有效降低开关损耗。

图2 DER-631电源参考设计原理图


在DER-631设计中，5V输出的VOR被设置为50V。 这将使5V输出工作在连续模式（CCM）下，但这将确保9V和15V输出操作在非连续模式（DCM）中进行谷值切换。InnoSwitch3-CP将切换至高达第4谷值，以实现更高的效率。


除了VOR考虑之外，降低变压器的漏感也很重要。因为存储在漏电感中的能量会在钳位电路上消耗，从而导致效率降低。因此，在该设计中，降低漏感可以显著提高效率，夹层绕组用于将漏电感降低到小于5μH（<磁化电感的2％）。


为了提高效率，还必须选择具有较低传导损耗的有源器件。在InnoSwitch3-CP系列控制器中，INN3268C可提供最低的RDS（on）。对于次级整流器（SR），选择MOSFET而不是肖特基二极管，在该设计中使用了2.8mΩ RDS（on）的MOSFET。

额外增加的与SR MOSFET并联的肖特基二极管可以略微提高效率。在次级MOSFET导通开始期间以及次级电流达到零或次级MOSFET关断之前，该二极管导通而不是MOSFET体二极管导通。这些转换延迟是有必要的，因为可以避免与初级MOSFET的交叉导通。


开关频率操作的最佳点（考虑效率和小形状因数）在70kHz至80kHz的范围内。AE为60mm2的EQ20变压器足以使磁芯饱和。该设计选择390mT磁通密度下的最小次级匝数。在空载条件下，辅助偏置电压的选择范围为8V至10V，这有助于改善无负载消耗以及轻负载效率。

图3 用于DER-631电源参考设计的InnoSwitch™3-CP控制器


InnoSwitch™3-CP系列用于DER-631电源参考设计的优势：

·高度集成，紧凑的占地面积

·在整个负载范围内效率高达94％

·准谐振（QR）/CCM反激式控制器，650V或725V MOSFET4，次级侧检测和同步整流驱动器

·集成FluxLink™，HIPOT隔离，反馈链路

·支持快速充电协议，如USB PD/QC 4.0

·恒定功率（CP）配置，通过连续调节输出电流和电压，最大限度地缩短充电时间

·精确的CV/CC/CP，独立于外部组件

·外部IS电阻允许自定义CC编程

·瞬时瞬态响应，负载步进为0％-100％-0％

·EcoSmart™ - 节能

·空载功率小于15mW，包括线路检测

·轻松满足所有全球能效法规

·散热低

·先进的保护/安全功能

·次级MOSFET或二极管短路保护

·开路SR FET栅极检测

·快速输入线UV/OV保护

·可选功能

·具有多种设置的电缆压降补偿

·可变输出电压，恒定电流曲线

·针对输出OVP/UVP的自动重启或锁存故障响应

·多输出UV故障阈值

·锁定或迟滞的初级过热保护

·完全安全和法规遵从性

·加强隔离

·隔离电压大于4000VAC

·100％生产HIPOT测试

·UL1577和TUV（EN60950）安全认证

·出色的抗噪性能使EN61000-4达到“A”级性能的设计成为可能

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电源控制器 低压输入反激式转换器 USB墙壁插座充电器 InnoSwitch3-CP INN3268C PI 管状电机

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全部评论（7）

  • 用户32182738 Lv3 2019-03-04
    InnoSwitch3-CP 请问您的变压器是怎么选择设计的呢，同时满足高功率和高频？
    • 世强大城小事回复： PI的InnoSwitch3-CP系列电源，主要应用于快充支配器的设计，其变压器式经过特殊设计的，需要满足多种不同电压的输出，5V，9V，12V等，我们是可以提供变压器的设计规格的。

      查看全部1条回复

  • 珍珍 Lv7. 资深专家 2018-11-07
    学习
  • 绿洲 Lv7. 资深专家 2018-10-29
    学习
  • 小雨滴 Lv7. 资深专家 2018-10-29
    好
  • 耕者 Lv6. 高级专家 2018-10-29
    好东西值得收藏！
  • luosai Lv8. 研究员 2018-10-29
    学习了！
  • dot Lv6. 高级专家 2018-10-29
    参考下
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2017-11-08 -  新产品

采用InnoSwitch™3-CP PowiGalliumNitride™INN3279C-H215的72 W隔离反激式电源

型号- DFLR1800-7,C0603C103K5RACTU,ERJ-8GEYJ220V,ERJ-6GEYJ105V,MMSZ5261BT1G,ERZ-V10D431,ERJ-8ENF2004V,BAV19WS-7-F,ERJ-6BWFR015V,UCP2G151MHD6,TMK212AB7475KG-T,UMK316AB7475KL-T,ERJ-3GEYJ470V,GBU4J-BP,61-00287-00,A750KS337M1EAAE018,RC0402JR-076K2L,VY1102M35Y5UG63V0,C2012X7R1E225M125AB,C0805C471K2RACTU,ERJ-3EKF1373V,ERJ-3GEYJ822V,INN3279C-H215,T18107V-902S P.I.,UF4003-E3,BAV20W-TP,ERJ-8GEYJ164V,08052C102KAT2A,ELXZ250ELL470MEB5D,ERJ-3EKF4991V,AON6220,1SS355VMTE-17,C0603C331J5GACAUTO,V12P12-M3/86A,32-00347-00,C3216X7R2J222K115AA,INNOSWITCH3-CP,ERJ-8GEYJ753V,2842/1 WH005,80-R46KI347050P1M,CFR-50JB-6R8,ERJ-3GEYJ102V,CAP200DG,ERJ-3GEYJ100V,507-1181

April 5, 2021  - PI  - 应用笔记或设计指南  - Revision 5.1

【产品】效率高达94%恒压/恒流离线反激式开关电源IC，电源损耗降低25%

PI 推出的InnoSwitch3系列恒压/恒流离线反激式开关电源IC包括InnoSwitch3-CE、InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP；适合对能耗、外形尺寸或热约束提出严苛要求的电源。

2017-10-30 -  新产品

采用InnoSwitch™3-CP PowiGalliumNitride™INN3279C-H218的84 W隔离反激式电源

型号- DFLR1800-7,ERJ-8GEYJ220V,ERJ-6GEYJ105V,ERZ-V10D431,35SEK330M,32-00367-00,CFR-50JB-10R,BAV19WS-7-F,ERJ-6BWFR015V,TMK212AB7475KG-T,R46KI368045P1M,UMK316AB7475KL-T,ERJ-3GEYJ470V,GBU4J-BP,A750KS337M1EAAE018,INN3279C-H218,VY1102M35Y5UG63V0,C2012X7R1E225M125AB,C0805C471K2RACTU,ERJ-3GEYJ822V,T18107V-902S P.I.,CRCW12063M74FKEA,C0402C331K4RACTU,UF4003-E3,ERJ-8GEYJ184V,BAV20W-TP,MMSZ5247BT1G,5010,5011,5012,08052C102KAT2A,ELXZ250ELL470MEB5D,ERJ-3EKF5111V,AON6220,1SS355VMTE-17,ERJ-2GEJ100X,V12P12-M3/86A,C3216X7R2J222K115AA,ERJ-3EKF1653V,INNOSWITCH3-CP,ERJ-8GEYJ753V,2842/1 WH005,ERJ-3GEYJ102V,CAP200DG,C2004-12-02,UPT2G101MHD6,507-1181

July 23, 2021  - PI  - 应用笔记或设计指南  - Revision 1.1
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品牌：金誉半导体

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品类：低功耗离线式恒流/恒压 PSR 控制器

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品类：Energy Efficient, High-Power Off-Line Switcher with Accurate Primary-Side Regulation (PSR)

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品类：Energy Efficient, High-Power Off-Line Switcher with Accurate Primary-Side Regulation (PSR)

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FloTHERM热仿真

提供稳态、瞬态、热传导、对流散热、热辐射、热接触、和液冷等热仿真分析，通过FloTHERM软件帮助工程师在产品设计初期创建虚拟模型，对多种系统设计方案进行评估，识别潜在散热风险。

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