PI推出兼容各种快充协议的反激式开关IC，可实现效率超过95%

（文/程文智）自2015年开始，PI陆续推出了一系列的PD产品，比如2015年推出了第一代InnoSwitch产品和FluxLink磁感耦合技术，会把初级侧和次级侧的信号通过芯片内部集成的两个线圈，用磁感耦合的方式进行耦合；2017年推出了第三代InnoSwitch-3，降低了音频噪声，可应对更高输出功率充电器的需求；2018年推出了氮化镓的产品，当时是在功率比较大的应用场景中使用了氮化镓，功率比较小的时候仍然使用的是硅器件；2019年推出了InnoSwitch-3 Pro，引入了I2C接口，外部的MCU可以通过I2C与功率器件进行通信，实现智能沟通；为了进一步缩小体积，PI在2020年推出了MiniE-CAP，其主要作用是将前面的输入大电解电容替换成两个并联的低压电容，这样就能缩小电解电容的体积，电容尺寸大概能缩小40%，好处是提升电源的功率密度。



2021年推出了InnoSwitch-4、ClampZero、InnoSwitch3-PD，其中InnoSwitch3-PD将MCU都集成在了芯片内部，可以说是一个单芯片的解决方案，因为把通信协议都集成进了芯片内部，所以对中小型没有软件研发能力的客户来说就非常友好。InnoSwitch-4和ClampZero主要是用来做有源钳位，工作频率可以做得更高，温升做得更低。

近期，PI又推出了一款新的产品InnoSwitch4-Pro，该芯片集成了InnoSwitch-4有源钳位的优点，以及I2C接口的灵活性，同时具备了InnoSwitch3-Pro的广泛适用性和InnoSwitch-4的高效率。

InnoSwitch4-Pro的特性
据PI介绍，InnoSwitch4-Pro系列可数字控制的离线恒压/恒流零电压开关(ZVS)反激式IC，可大幅缩减电源适配器的尺寸。这些高度集成的器件采用稳定耐用的PowiGaN氮化镓初级开关，稳态开关频率高达140kHz，可减少用于手机、笔记本电脑、平板电脑和多端口配件市场的超紧凑适配器应用所需的元件数量和PCB板面积。


PI资深技术培训经理阎金光特别介绍了InnoSwitch4-Pro集成I2C接口后带来的好处，由于具备了I2C接口，工程师能够方便进行数字编程控制的高效功率变换。比如说，通过不受外部协议影响的接口对电源的各种特性进行控制；通过I2C与外部MCU相连则可以支持USB-PD、PPS、UFCS，以及其他各种客户定制化的快充协议，而不受协议限制。

正是由于I2C接口的引入，让InnoSwitch4-Pro增加了更多新的特点，比如增强的报告功能和更多的保护特性；同时让代码更加简化、响应更加快捷、可选项也变得更多。



据阎金光介绍，InnoSwitch4-Pro IC能够提供高达220W的功率，并且采用超薄的InSOP-28封装，内部同时集成了750V PowiGaN初级开关、控制器、用于次级侧控制的FluxLink加强绝缘反馈链路、I2C接口、有源钳位驱动和同步整流功能。

由于InnoSwitch4-CZ技术增加了零电压开关(ZVS)特性，因此InnoSwitch4-Pro也具有零电压开关特性，从而使得该IC的工作开关频率更高，却不会带来效率的降低。

值得一提的是，InnoSwitch4-Pro具有ZVS或准谐振（QR）的开关特性可选，如果搭配ClampZero IC使用则可以提供最佳的效率表现和使用更小的磁性元件，更高的开关频率（最高可达140kHz开关频率）适合于使用平面变压器，平面变压器的一致性更好，这样生产出来的产品一致性也将更好。

InnoSwitch4-Pro可数字控制的反激式IC与ClampZero和MinE-CAP配套器件搭配使用，可满足OEM原装、非原装USB PD和通用快充技术规范(UFCS)适配器市场应用非常需要的超紧凑和纤薄外形的设计要求。其中，UFCS是中国通信标准化协会发布的新标准。

InnoSwitch4-ProIC可与PI的ClampZero系列有源钳位IC无缝衔接，在连续导通模式(CCM)和非连续导通模式(DCM)下实现ZVS。ZVS与PI的PowiGaN技术相结合，几乎消除了开关损耗。其超过95%的效率，使设计人员能够省去热管理通常需要的散热片、导热片和灌封材料。


而如果在使用InnoSwitch4-Pro和ClampZero IC之外，再使用MinE-CAP器件，则可以进一步减小适配器的尺寸。MinE-CAP IC同样基于PowiGaN技术，可将输入电容的尺寸减小约40%。

InnoSwitch4-Pro IC采用独特的控制方法，在DCM和CCM中都能实现ZVS。与ClampZero IC搭配使用时，该控制方法可支持更高的操作频率，而不会造成效率的下降。InnoSwitch4-Pro产品单独使用时，在DCM和CCM模式下还同时支持准谐振的开关工作。可选择仅采用DCM模式工作以降低SR FET电压应力。新IC还具有优化的命令集以降低I2C数据拥堵的可能性。



此外，InnoSwitch4-Pro反激式开关IC可提供优异的恒压/恒流精度，不受外围元件的影响，并且在提供输入电压检测等安全及保护功能的情况下，其空载功耗小于30mW。该器件具有完善的保护功能，可提供用于输出过压和欠压保护的自动重启动或锁存故障响应方式，以及提供多个输出欠压故障阈值、锁存或迟滞初级过温保护以及输出母线开关短路保护。



结语
总的来说，InnoSwitch4-Pro可帮助客户采用更低的元件数量设计其电源产品，并且设计简单，而通过I2C总线和低成本的MCU进行性能设定，能够对快充应用实现精准的V/I控制，实现全面的故障保护和遥测报告功能。而且PI还会提供完整的设计支持工具PI Expert套件，而为了方便工程师评估InnoSwitch4-Pro IC，PI同时推出了两款参考设计DER-960 (100W)和RDK-942 (65W)。