USB PD等快速充电器协议可大幅缩短手机的充电时间，从过夜充电缩至不到30分钟。对用户而言，充电更为快捷，几乎可以不间断使用移动设备。USB PD必定成为移动设备充电的新标准。USB PD的功率能力高达100 W，这样用户能将一个充电器同时用于手机、平板电脑和笔记本电脑。
POWER GaN是自行研发的氮化镓技术。在PI高度集成的离线反激式开关IC中，POWER GaN开关替代初级侧的传统硅晶体管，从而降低开关损耗，和硅器件相比，POWER GaN产品可实现体积更小，重量更轻，效率更高的充电器，适配器和敞开式电源。基于POWER GaN的IC在整个负载范围内的效率高达95％，在封闭式适配器不需散热片就可实现高达100W输出功率。
芯片采用了InnoSwitch3-PD产品系列产品带集成USB的离线QR反激开关ICType-C和USB PD控制器，高压开关，同步整流和FluxLink反馈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：85W；
（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-PD大大简化了开发和制造USB PD电源通过合并初级开关和控制器，隔离反馈，二次控制和USB PD控制器集成到单个包中。
1、芯片选型
针对上述功率设计目标，选用PI公司芯片采用了InnoSwitch3-PD产品系列产品带集成USB的离线QR反激开关ICType-C和USB PD控制器，高压开关，同步整流和FluxLink反馈.
USB C型和PD控制器
•USB供电3.0 + PPS提供商和QC4支持
•兼容USB Type-C Rev. 1.3
•集成VCONN fet软启动和过流保护
•支持电子标记电缆
•可配置上拉电阻Rp
•芯片温度传感器
•遥测电源状态和故障监控
•PowiGaN™技术-高达100 W无散热器
•用于温度检测的专用NTC引脚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。
如图上所示电路为5v / 3a;9v / 3a;15v / 3a;20v / 3a;3.3 V - 21 V PPS USB PD 3.0兼容适配器使用Power Integration的InnoSwitch3-PD集成电源电源级由USB PD控制器控制。该设计符合DOE 6级和EC CoC 5标准。共模扼流圈L1和L2为EMI提供衰减。桥整流器BR1整流交流电压，并提供一个完整的波纠正。热敏电阻RT1限制浪涌电流时电源连接到输入交流电源。融合F1分离物电路和提供保护，防止组件故障。变压器初级的一端连接到整流直流公共汽车;所述的另一端连接在所述的漏极上在InnoSwitch3-PD IC (U1)中集成了FET。由二极管D1、电阻R6、R7、R8和R8组成的低成本RCD钳位R9和电容C4限制了U1瞬间的漏极峰值电压在U1内部的FET关断。夹子有助于驱散压力存储在变压器漏抗T1中的能量。InnoSwitch3-PD IC是自启动的，使用内部高压给PRIMARY BYPASS BPP引脚电容(C6)充电的电流源当第一次使用AC时。正常运行时，主侧块由变压器T1上的辅助绕组供电。辅助(或偏置)绕组的输出使用二极管D2进行整流用电容C5滤波。电阻R10, R13和R14与Q1和VR2组成线性稳压电路来限制电流提供给InnoSwitch3-PD IC的PRIMARY BYPASS引脚(U1)与输出电压无关。齐纳VR1和电阻R15在输出时提供锁存OVP过电压的情况。在反激变换器中，辅助绕组的输出跟踪转换器的输出电压。在电源过电压的情况下变换器输出时，辅助绕组电压增大而增大导致VR1故障。这导致电流流入InnoSwitch3-PD IC (U1)的PRIMARY BYPASS引脚。如果电流流入PRIMARY BYPASS引脚的流量高于ISD阈值，InnoSwitch3-PD IC控制器将锁存并阻止输出电压的进一步增加。InnoSwitch3-PD IC的二次侧提供输出电压输出电流传感以及驱动到MOSFET提供同步整流。变压器的二次输出由MOSFET Q2整流，由电容C12和C13滤波。开关瞬态时的高频振铃会否则会产生辐射EMI，通过RC缓冲器R18, R19来减少和C8。Q2的门由二次侧控制器接通在U1内部，基于通过电阻R16和感知的绕组电压馈入IC的FORWARD引脚。在连续导通工作模式下，MOSFET转动刚刚关闭之前，二级请求启动一个新的从主服务器切换周期。不连续的或连续的工作模式下，功率MOSFET是关断时的电压MOSFET的压降低于VSR(TH)的阈值。
二次原侧功率MOSFET的侧控制避免了任何可能性两个mosfet的交叉导通，并提供了极大的可靠的同步整流。IC的二次侧是自供电的次级绕组正向电压或输出电压。电容器C9，接InnoSwitch3-PD的SECONDARY BYPASS BPS引脚IC U1为内部电路提供去耦。电容器C10为需要在VOUT引脚和SECONDARY接地引脚之间增强ESD保护。在直流工作时，当输出电压下降时，器件将直接从次级绕组给自己供电。在准点期间一次侧功率MOSFET的正向电压
在次级绕组的另一端用来给次级充电旁路去耦电容器C9通过电阻R16和一个内部监管机构。这使得输出电流调节得以维持降低到I2C接口设置的最小自动重启阈值。低于此水平，机组进入自动重启，直到输出负载减少了。输出电流是通过监测电压降来检测的电阻R11在IS和次级接地引脚之间。一个大约32 mV的阈值降低了损耗。一旦内部超过电流检测阈值，设备进行调节的开关脉冲，以保持一个固定的输出电流。在CC下面阈值，设备工作在恒压模式。
本设计将USB PD控制器集成在InnoSwitch3-PD内部IC U1。接收器使用PD请求输出电压和电流通信协议。μVCC引脚需要去耦电容C11。USB PD通信发生在CC1或CC2线取决于Type-C插头的连接方向的通讯设置CV、CC、VKP， OVA和UVA参数，其中对应输出电压恒定，输出电流恒定输出电源电压阈值、输出过压阈值InnoSwitch3-PD IC输出欠压阈值寄存器;分别。n - mosfet Q3形成总线开关，制作USB Type-C插座冷插座时，没有设备连接到充电器作为符合USB Type-C规格。电阻R23和二极管D5是当母线开关断开时，需要提供电压放电路径打开了。输出端需要电容C17进行ESD保护还有波纹减少。电容器C15, C16，电阻R20, R21，和齐纳二极管D6和D7为引脚CC1提供ESD保护和CC2。关键应用注意事项输出功率表数据表中的输出功率表(表1)代表最大输出功率实际连续输出功率水平下即可得到以下假设条件:
1. 85vac输入时，直流输入电压不低于90v;或220v或更高的230 VAC输入或115 VAC带电压
倍压器。输入电容值的大小应为满足交流输入设计的这些标准。
2. 效率假设取决于功率水平。最小的设备假设效率>为84%，增加到效率>为89%最大的设备。
3.变压器初级电感公差为±10%。
4. 反射输出电压(VOR))设定为维持KP= 0.8 at通用线路和KP的最小输入电压条件= 1 for高输入线路条件。
5. 适配器额定最大传导损耗限制为0.6 W敞开式为0.8 W。
6. 增加的电流限制被选择为峰值和开帧功率列和适配器列的标准电流限制。
7. 该部分是板安装与源引脚焊接到a使用足够面积的铜和/或散热器来保持源引脚温度等于或低于110°C。
8. 开放框架设计环境温度为50°C, 40°C用于密封适配器。
智能准谐振模式切换以提高转换效率，减少开关InnoSwitch3-PD提供了一种强制切换的方法主开关两端的电压接近其最小电压当变换器工作在断续导通模式时(DCM)。这种操作模式是自动从事DCM和一旦转换器移动到连续导通模式禁用(CCM)。而不是探测初级上的磁化环谷侧，向前引脚电压的峰值电压，因为它上升到上面输出电压电平用于启动次要请求主控制器的开关“ON”周期。从控制器检测到控制器进入不连续模式并打开辅助循环请求窗口对应于初级电路的最小开关电压电源开关。准谐振(QR)模式在DCM后20 μsec使能检测到。20 μsec后，QR开关关闭，此时在任何时候发起次要请求时都可能发生切换。从控制器包括~1 μs的空白，防止误报当FORWARD引脚在下面响起时，检测主“ON”周期地面。
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