数十亿计离线式供电的“智能设备”具备智能、传感、致动性及连通性的特点，在不久将来会为物联网IOT的快速发展提供有力支撑。这些“始终通电”的产品对全球能耗有着非常显著的影响，因此市场对超低待机功耗的紧凑型高能效离线式电源变换器始终保持着旺盛的需求。
PI提供一系列高度集成的高压IC，可从交流电源为智能家居和智能建筑提供最高能效的动力支持。这些IC在一个单芯片上集成了功率MOSFET以及控制和保护电路，可帮助客户设计出元件数非常少的电源方案，并大幅缩短上市时间。其部分主要优势有：利用技术极大降低待机功耗;通过创新的技术省去典型的光耦器，在安规隔离带之间进行反馈控制;利用频率调制技术降低EMI;提供故障保护;以及通过内置的热关断提高可靠性。该公司是WPC无线充电联盟会员。这个由全球500多家会员公司组成的开放性、协作式标准开发组织，会员公司包括规模不一的业内竞争企业及生态系统合作伙伴，它们代表了来自全行业各个领域和全球各个地区的品牌，共同合作实现全球无线充电器和无线电源的全面兼容。
本文采用InnoSwitch3-CP产品系列集成初级开关、同步整流、FluxLink反馈和恒功率特性的 离线反激式恒压/恒流准谐振开关电源IC。如下图所示为本产品板级的原理图。
使用PI公司的电源管理相关芯片设计一款符合物联网电源板级电路，满足但不限于以下指标要求：
(1)最大输出功率：35W;
(2)最大效率：≥85%;
(3)输入额定电压：85-265 VAC;
(4)输出电压规格：20V/1A;
(5)输出纹波：≤250mV;
(6)输入具有过压欠压保护;
(7)输出具有过压过流及短路保护;
(8)输出过压故障时进入自动重启动保护状态;
1、芯片选型
针对上述功率设计目标，选用PI公司DPA-Switch®产品系列开关电源芯片进行设计。DPA-Switch IC产品系列是高度集成的解决方案，适用于 16-75 VDC输入的DC-DC转换器应用。DPA-Switch与TOPSwitch®使用了相同的拓扑结构，将功 率MOSFET、PWM控制器、故障保护及其它控制电路高 效集成在一个单片CMOS芯片上。使用者可以通过对三 个引脚不同的配置实现高性能的设计，它同时还具备迟 滞热关断的保护特性。此外，所有关键参数(比如限流 点、频率、PWM增益)都具有严格的温度及绝对容差， 从而简化了设计并降低了系统成本。其芯片结构及引脚布局如下图所示：
针对上述功率设计目标，选用PI公司InnoSwitch3-CP产品系列。该产品集成初级开关、同步整流、FluxLink反馈和恒功率特性的离线反激式恒压/恒流准谐振开关电源IC。
在整个负载范围内效率高达94%。
准谐振(QR)/CCM反激式控制器、高压开关4、次级侧检测和同步整流驱 动器 。
反馈方式采用内部集成的FluxLink™技术，且满足HIPOT(高压绝缘) 要求。
在按负载需要进行快速充电的应用当中可轻松地与其协议接口IC协同工作。
恒功率(CP)特性通过连续调整输出电流及电压缩短充电时间。
出色的CV/CC/CP精度，不受外部元件的影响。
使用外部IS电阻，可设定恒流点。
在0%-100%-0%负载阶跃范围内具有即时快速的动态响应特性。
PowiGaN™技术 – 输出功率最大100 W且无需散热片(INN3278C、 INN3279C和INN3270C)。
芯片内部原理如下图所示：
2、设计分析
在PI Expert生成的设计方案页面中，我们可以看到主要分为3个区域：最上边是“菜单栏”和“工具栏”、左侧是“导航栏”、右侧是“设计方案栏”，下面主要对生成的设计方案进行分析。
点击“材料清单”标签栏，可以查看设计方案包含的所有器件清单，包含：数量、器件值、参数说明、器件厂商、以及对应原厂的编号等信息。
我们选择“电路板布局”标签，可以看到软件自动生成的PCB布局图和重要布局建议，点击每条建议后面的问号，会弹出一个放大的布局图，并以绿色突出显示建议的内容。
在PI Expert生成的设计方案页面中，点击“变压器构造”标签栏，可以查看设计方案中变压器的相关参数信息，包含：变压器机械结构图、绕制信息、变压器电气图、磁芯/线圈参数、绕组参数、变压器制造说明等主要信息，可以说是相当全面了。
点击“Design Evaluation”标签栏，可以查看软件对该设计方案的评估信息，个人认为最靓最实用的功能便是“PIE Chart”图标，用扇形图的方式向用户直观地展示了各损耗的比例。同时，还可以将比例单位更改为mW单位，显示更加直观。
同时，软件也提供了线型“Line Chart”表功能，我们可以选择横坐标和纵坐标代表的参数，然后软件会自动计算并生成两者的关系图。 我们应用举例如下图所示的电路为图11所示为一个使用INN3268C设计的支持USB PD 2.0协议5 V/3 A、 9 V/3 A、15 V/3 A适配器。该设计符合DOE 6级和EC CoC 5标准。
共模扼流圈L1及L2提供EMI衰减。桥式整流管BR1及BR2对AC输入电压 进行整流，并提供全波整流DC。热敏电阻RT1可在电源连接至AC输入供 电时限制浪涌电流。保险丝F1可隔离电路并提供元件故障保护。
变压器初级的一端连接到整流DC总线，另一端连接到InnoSwitch3-CP IC (U1)内集成开关的漏极端子。
由二极管D1、电阻R2和R5以及电容C4组成的低成本RCD箝位可在U1内 的开关关断的一瞬间立即对U1的峰值漏极电压进行箝位控制。箝位有助 于耗散存储在变压器T1的漏感中的能量。
InnoSwitch3-CP IC具有自启动功能，当首次AC上电时，它使用内部高 压电流源对初级旁路引脚电容(C15)进行充电。在正常工作期间，初级 侧控制器从变压器T1的辅助绕组获得供电。辅助(或偏置)绕组的输出 端由二极管D3进行整流，并由电容C14进行滤波。电阻R15和R20与Q7 和VR2构成线性稳压电路，控制输送到U1初级旁路引脚的电流，而这与 输出电压无关。稳压管VR1有电阻R14和二极管D2在发生输出过压时提 供锁存过压保护。
在反激式变换器中，辅助绕组的输出端可跟踪变换器的输出电压。变换 器的输出端发生过压时，辅助绕组电压升高并造成VR1击穿。这样可使 电流进入U1的初级旁路引脚。如果进入初级旁路引脚的电流超过ISD 阈 值，
InnoSwitch3-CP控制器将锁存关断，防止输出电压进一步升高。InnoSwitch3-CP IC的次级侧控制器提供输出电压检测、输出电流检测并 提供驱动给同步整流FET。变压器次的级侧输出通过FET Q3进行整流， 通过电容C6和C7进行滤波。开关期间产生的高频振铃通过RC缓冲器 (电阻R8和电容C8)衰减，否则高频振铃会产生辐射EMI问题。
Q3的栅极由IC U1内的次级侧控制器根据(经电阻R13)馈入IC的反馈 引脚的电压进行导通控制。
在连续导通模式下，FET在次级侧向初级侧请求开始新的开关周期指令 之前即会关断。当FET的电压降低于VSR(TH) 阈值时，功率FET将会关断。 初级功率开关的次级侧控制可避免两个开关可能发生的交越导通，提供 极为可靠的同步整流工作。
IC的次级侧可由输出绕组正向电压或输出电压自行供电。连接至IC U1 次级旁路引脚的电容C10可提供内部电路去耦。
在恒流(CC)工作期间，当输出电压降低时，器件将直接从次级绕组直接 供电。在初级侧功率开关导通期间，出现于次级绕组的正向电压通过电 阻R13和内部稳压器对去耦电容C10充电。这可以使恒流输出调节维持 在~3.4 V的输出电压水平。输出电流检测是通过监测IS与次级接地引脚 之间电阻R21的电压降来完成的。约35 mV的阈值可降低损耗。一旦超 过内部电流检测阈值，器件将调节开关脉冲数以维持固定的输出电流。低于恒流阈值时，器件在恒压模式下工作。输出电压稳定时，反馈引脚 的电压为1.265 V。电容C11提供反馈引脚信号的噪声滤波。
在此设计中，Cypress CYPD2134 (U2) IC是所使用的USB Type-C和PD控制器。功率转换级的输出端通过其VCC引脚对Cypress器件供电。
PD控制器级的电阻R23和R24检测功率级的输出端，以向PD控制器提供 电压反馈。当下拉电流发出同样的请求后，输出电压变为15 V、9 V或 5 V。要将输出电压调整到15 V，IC U2的GPI07会下降，新增电阻R19与 反馈分压器网络的下端电阻并联。
输出恒流和恒功率调整 InnoSwitch3-CP通过电流检测引脚与次级接地引脚之间的外部检测电阻 来调整输出电流，并与在输出电压引脚检测到的输出电压配合使用来控 制输出功率。如果不要求输出具备恒流特性，电流检测引脚必须连接至 次级接地引脚。InnoSwitch3-CP在输出电压低于VPK 阈值时具有恒流工作 特性，当输出电压高于VPK 阈值时具有恒功率输出特性。恒功率与恒流模 式的切换由VPK 阈值设定，恒流阈值由电流检测引脚与次级接地引脚之间 的电阻设定。
| 
楼主
标题置顶
标题高亮
