【应用】基于开关电源IC INN3368C-H301及接口通信芯片VP302的45W快充方案

时间： 2020-03-05 来源：PI

本文讲述基于InnoSwitch3-Pro的45W快充方案，InnoSwitch3-Pro是Power Intagrations推出的是一款集成开关电源IC，可以设定恒压、恒流、恒功率输出。设计者可以通过灵活的I2C接口可对输出电压、电流进行精确的动态控制，以满足不同设备的供电需求。此快充方案，可配置输出5V/3A、9V/3A、15V/3A、20V/2.25 A或3.3V–16V PPS 输出。输入电压85-264 VAC，比较适用于手机等移动设备的快充设计。该方案使用了InnoSwitch3-Pro的INN3368C-H301 及接口通信芯片 VP302。

主板方案描述：

为了缩小空间，保持紧凑外形，电源采用功率板加控制板设计。电路图如图1和图2所示，图1为主板，图2为小板。

输入EMI滤波部分。保险丝F1隔离电路提供电气保护，共模扼流圈L2与电容C1、 C10为EMI提供衰减功能。桥式整流器BR1与电容C3完成整流功能。热敏电阻RT2提供浪涌电流保护。

InnoSwitch3-Pro初级部分。变压器初级一端连接到整流后的直流总线，另一个连接到IC内部MOSFET的漏极端子。电阻R4和R9为欠压和过压的情况提供输入检测保护。二极管D1，电阻R1、R2与R5以及电容C2形成了低成本的RCD钳位，限制了U1内由于MOSFET关断瞬间引起的峰值漏极电压，而且有助于耗散存储在变压器T1中的能量。

InnoSwitch3-Pro次级部分。次级部分提供输出电压与输出电流，检测并驱动MOSFET提供同步整流。MOSFET Q2完成次级变压器的整流，电容C4和C5提供滤波功能。通过RC缓冲器（R7与C8）降低开关瞬态期间产生的高频振铃，降低EMI辐射。Q2栅极的打开由IC内部次级控制器控制，由电阻R15感测的绕组电压反馈至IC的FWD引脚。IC的BPS引脚电容C13为内部电路提供去耦功能。

小板方案描述：

USB Type-C 与PD 接口部分。VP302是USB Type-C与PD控制器，InnoSwitch3-Pro IC通过uVCC引脚为其供电。通信方面，根据已连接的Type-C方向来决定USB PD协议通过CC1或CC2线路传输。VP302通过I2C接口与InnoSwitch3-Pro IC进行通信，使用SCL和SDA引脚设置CV，CC，VKP，OVA和UVA参数。VP302也可通过I2C总线读取InnoSwitch3-Pro IC的寄存器状态。

图1：主板电路图

图2：小板电路图

此45W快充方案，针对5 V/3 A ，9 V/3 A，15 V/3 A，20 V/2.25 A不同输出的效率曲线如图3所示，最高效率可以达到92%以上。

图3：效率曲线

InnoSwitch3-Pro快充方案特点：

InnoSwitch3-Pro系列是一个能满足宽输出电压（3V~20V）要求的USBPD3.0-PPS电源方案，可提供高性价比、并能满足DoE(6)效率要求的高效解决方案；具备I2C接口的高集成度的数字控制方案。

任何优秀的设计方案，都离不开其高效性以及可靠性。结构越是简单，其可靠性将会越高，基于InnoSwitch3-Pro的快充方案，由于其高度集成，因而整体方案的元件数目很少。在效率方面，此方案采用的变频技术可在整个负载范围内始终保持高效率，而更高的效率则意味着更低的热量耗散。此外，对于宽输出电压应用的PD3.0-PPS电源来说，电源不可避免地会工作于CCM或DCM工作方式，为了提高效率，方案中采用的同步整流及准谐振的开关方式，可以保证各种输出条件下均能实现高效。

InnoSwitch3-Pro的快充方案还采用了集成的I2C接口，通过这个接口与外部微处理器进行通讯，通过软件对电源的输出电压及电流进行精确的动态阶跃控制——电压阶跃步长为10mV，电流阶跃步长为50mA——实现数字可编程的功率变换。这个带来的好处是支持USBPD3.0子集中的PPS，可以更精确的控制输出的电压档位。除了对输出特性进行外部编程控制以外，电源的各种保护特性也可进行人为个性化设定。而所有这些强大的设定功能只使用简单的外部微控制器即可实现，从而省去了复杂的针对不同协议的接口电路。整个系统具有安全、可靠且体积小的特点，且可实现远程控制和监视。

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