高品质家电和其他消费电子产品要求在电网不稳定地区、时常遭受雷击的热带地区或者经常发生高能振荡波和浪涌的地区应留出更高的电压裕量。例如，致力于打开印度高品质消费类产品新兴市场的OEM厂商，如果不对产品留出此裕量，就会不断遭遇电气损坏问题，必须对退货产品进行维修或更换。Power Integrations现可提供集成900 V初级MOSFET的全套离线式开关电源IC，这些产品不仅能提供低成本且有效的保护，同时还可大幅降低运营及产品支持成本。
每个IC都在单个芯片上集成了一个≥700 V的功率MOSFET、控制电路及保护电路。它所拥有的产品特色包括电流限流、提高可靠性且具有自动故障恢复功能的过热关断保护特性、降低电磁干扰的频率调制特性以及显著降低待机能耗的用EcoSmart™®技术。采用了InnoSwitch3-EP产品系列产品集成初级开关、同步整流和FluxLink反馈技术的 恒压/恒流准谐振离线反激式开关电源IC。如下图所示为板级原理图。
使用PI公司的电源管理相关芯片设计一款符合家电电源板级电路，满足但不限于以下指标要求：
(1)最大输出功率：36 W;
(2)最大效率：≥85%;
(3)输入额定电压：85-265 VAC;
(4)输出电压规格：15V/2A;
(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;
InnoSwitch™3-EP系列IC可大幅简化反激式电源变换器的设计和生产， 特别是那些要求具有高效率和/或小尺寸的电源。InnoSwitch3-EP产品系 列将初级和次级控制器以及符合安全标准的反馈机制集成到了单个IC中。
InnoSwitch3-EP系列器件集成了多项保护特性，包括输入过压及欠压保 护、输出过压及过流限制以及过温关断。该系列器件提供标准输出功率和 峰值输出功率选项，以及常用的自动重启动保护功能。
1、芯片选型
针对上述功率设计目标，选用PI公司InnoSwitch3-EP产品系列开关电源芯片进行设计。集成初级开关、同步整流和FluxLink反馈技术的 恒压/恒流准谐振离线反激式开关电源IC
• 可在整个负载范围内提供一致的极高效率
• 集成了多模式准谐振(QR)/CCM反激式控制器、高压开关、次级侧检测和同步整流驱动器
• 次级采用多路加权反馈方式及同步整流，提供出色的多路输出交叉调整率
• 反馈方式采用内部集成的FluxLink™技术，且满足HIPOT(高压绝缘)要求
• 优异的恒压/恒流精度，不受外部元件的影响
• 采用外部电流检测电阻，输出电流可精确设定
• PowiGaN™技术 – 输出功率最大100 W且无需散热片(INN3678C、 INN3679C和INN3670C)其芯片结构及引脚布局如下图所示：
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。
下图所示为一个使用INN3672C设计的低成本5 V/0.3 A和12 V/0.7 A双路 输出电源的电路图。
该双路输出设计具有非常高的效率，无需后级稳压 电路即可满足交叉调整率要求。 桥式整流管BR1对AC输入供电进行整流。电容C2和C3对整流的AC输入 提供滤波，并与电感L1一起构成π型滤波器，对差模EMI进行衰减。
Y电容C10连接在电源输出端与输入端之间，有助于降低共模EMI。 热敏电阻RT1可在电源连接至AC输入供电时限制浪涌电流。
输入保险丝F1可防止电源中任意元件的严重故障所导致的输入电流过大。 变压器初级的一端连接到整流DC总线，另一端连接到InnoSwitch3-EP IC (U1)内开关的漏极端子。
由二极管D1、电阻R22、R8和电容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-EP 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(C6)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D7进行整流，并由电容C5进行滤波。电阻R6可限制提供给 InnoSwitch3-EP IC (U1)的初级旁路引脚的电流大小。使用稳压管VR1和 限流电阻R26可实现锁存关断/自动重启动初级侧过压保护。
InnoSwitch3-EP 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的开关。变压器的5 V次级绕组分别由SR FET Q1整 流和由电容C18滤波。开关期间产生的高频振荡通过缓冲器(电阻R24 和电容C22)衰减，否则高频振荡会产生辐射EMI问题。变压器的12 V次 级绕组分别由SR FET Q2整流和由电容C19滤波。开关期间产生的高频振 荡通过缓冲器(电阻R25和电容C21)衰减，否则高频振荡会产生辐射 EMI问题。
同步整流(SR)由开关Q1和Q2提供。Q1和Q2由IC U1内的次级侧控制器 根据(经电阻R9)馈入IC的正激引脚的绕组电压进行导通控制。
在连续导通模式下，开关在次级侧向初级侧请求新开关周期指令之前即 会关断。在非连续导通模式下，功率开关会在MOSFET两端的压降降至0 V时关断。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的次级侧可由次级绕组正向电压或输出电压自行供电。连接至 InnoSwitch3-EP IC U1次级旁路引脚的电容C7可提供内部电路去耦。 总输出电流利用IS与接地引脚之间的R12检测，检测阈值约为35 mV以 降低损耗。一旦超过电流检测阈值，器件将调节开关脉冲个数以维持恒 定的输出电流。
初级控制器 InnoSwitch3-EP采用变频准谐振控制器并支持CCM/CrM/DCM工作， 可提高效率和扩大输出功率能力。 初级旁路引脚稳压器 在功率开关处于关断期间，初级旁路引脚中的内部稳压器会从漏极引脚 吸收电流，将初级旁路引脚电容充电至VBPP 。
初级旁路引脚是内部供电电压节点。当功率开关导通时，器件利用储存在初级旁路引脚电容内的 能量工作。 此外，当有电流通过一个外部电阻提供给初级旁路引脚时，一个分流稳 压器会将初级旁路引脚电压箝位在VSHUNT 。这样可使InnoSwitch3-EP通 过偏置绕组从外部获得供电，对于5 V输出的设计可以将空载功耗降到 30 mW以下。
初级旁路ILIM设定InnoSwitch3-EP IC允许用户通过选择初级旁路引脚的电容值来调节限流 点(ILIM)设置。该电容可以使用陶瓷电容。 有2个电容大小可供选择 - 0.47 mF和4.7 mF，它们分别用来设定标准和增 加的ILIM值。
初级旁路欠压阈值在稳态工作下，当初级旁路引脚电压下降到~4.5 V (VBPP - VBP(H) )以下时， 初级旁路引脚欠压电路将停止功率开关。一旦初级旁路引脚电压降到该 阈值以下，它就必须升至VSHUNT ，才能重新使能功率开关。
初级旁路输出过压功能 初级旁路引脚具备过压保护锁存/自动重启动功能，具体取决于H Code。 与电阻(与初级旁路引脚电容串联)并联的稳压管通常用于检测初级偏 置绕组是否存在过压，以激活此保护机制。当流入初级旁路引脚的电流 超过ISD时，器件将锁存关断或禁止功率开关，经过时间tAR(OFF) 后，控制 器将重启动并尝试返回稳压状态(参见“特性代码附录”中的“次级故 障响应”)。 VOUT过压保护也是次级控制器的集成特性之一(参见“输出电压保 护”)。
过温保护 热关断电路检测初级开关结温。阈值设为TSD ，提供迟滞或锁存关断响应 选项，具体取决于H Code。 迟滞响应：如果结温度超过这个阈值，功率开关被禁止，直到结温度下 降TSD(H) ，功率开关才会重新使能。采用更大的迟滞温度可防止因持续故 障而使PC板出现过热现象。 锁存关断响应：如果结温度超过这个阈值，功率开关被禁止。只有当初 级旁路引脚电压低于VBPP(RESET) 或者当电压低于输入欠压/过压引脚UV (IUV )阈值时，锁存才会被复位。
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