|
充电器和适配器电源板级InnoSwitch3-CP产品INN3279C设计 PI可提供一系列高度集成的高压IC以及独立控制器，用于手机、数码相机、无绳电话、网络设备及其他应用的充电器/适配器的离线式电源转换。每个IC都包含一个高压功率MOSFET，它在一个单芯片上集成了控制及保护电路，而且InnoSwitch3-CP产品系列还具有同步整流驱动器。而BJT控制IC采用最先进的BJT驱动系统和发射极开关/基极驱动器，可确保提供高效率和高可靠性。其特色包括可提高可靠性的电流限流和带自动故障恢复功能的热关断保护，以及可降低EMI的频率抖动。在笔记本适配器应用中使用最大器件，可以设计出紧凑高效的笔记本电源，并可在环境温度高达40°C下在密闭壳体中安全运行。还提供超薄封装，使用它可以设计出输出功率为20至100 W的超薄、紧凑、轻便型电源。每个IC都在单个器件上集成了一个高功率转换器和具有丰富特性的PWM控制器。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特性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功耗的技术。
芯片采用了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充电器和适配器板级电路，满足但不限于以下指标要求：
(1)最大输出功率：87W;
(2)最大效率：≥85%;
(3)输入额定电压：85-265 VAC;
(4)输出电压规格：15V/3A,9V/3A,5V/3A;
(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-CP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-CP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-CP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。所提供的器件均支持锁存与自动 重启动的常用组合，这是快充和USB PD设计等应用所要求的特性。所提 供的器件提供输出线压降补偿选项。
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InnoSwitch™3-CP产品系列的INN3279C设计的基于USB PD 3.0协议的5 V/3 A、 9 V/3 A、15 V/3 A、20 V/3 A适配器。该设计符合DOE 6级和EC CoC 5 标准。
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
图上所示为一个使用INN3279C设计的基于USB PD 3.0协议的5 V/3 A、 9 V/3 A、15 V/3 A、20 V/3 A适配器。该设计符合DOE 6级和EC CoC 5 标准。
保险丝F1可隔离电路并提供元件故障保护，共模扼流圈L1和L2与电容C1 则提供EMI衰减。桥式整流管BR1对AC输入电压进行整流，并对滤波电 容C2提供全波整流DC。电容C3用于降低共模EMI滤波。
当电源与AC电源断开时，电阻R1和R2与U3一起使电容C1放电。 变压器(T1)初级的一端连接到整流DC总线，另一端连接到InnoSwitch3 CP IC (U1)内开关的漏极端子。电阻R4和R5为欠压和过压情况提供输入 电压检测保护。
由二极管D1、电阻R6、R7、R8和R9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对U1的峰值漏极电压加以限制。箝位有 助于耗散存储在变压器T1的漏感中的能量。
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BPP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D2进行整流，并由电容C5进行滤波。在USB PD或快充应用中，输出电压的范围非常 宽。在给定的示例中，适配器需要支持5 V、9 V、15 V和20 V。如此宽 的输出电压变化也会导致绕组输出电压出现明显的变化。通常需要使用 线性稳压电路来控制注入InnoSwitch3-CP初级旁路引脚的电流。晶体管 Q1、齐纳稳压管VR2和电阻R13组成线性稳压器。电阻R14用于限制提 供给InnoSwitch3-CP IC (U1)的BP引脚的电流。
齐纳稳压管VR1与R15一起提供初级检测输出过压保护。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。如果变换器的输出 端出现过压，辅助绕组电压会升高并引起VR1击穿，这会导致电流流入 InnoSwitch3-CP IC U1的BPP引脚。如果进入BPP引脚的电流超过ISD 阈 值，U1控制器将锁存关断，防止输出电压进一步升高。
INN3279C IC的次级侧提供输出电压、输出电流检测并驱动提供同步整 流的MOSFET。变压器的次级分别由SR FET Q2整流和由电容C12及C13A 滤波。开关期间产生的高频振荡通过RCD缓冲器(R19、C8和D4)衰 减，否则高频振荡会产生辐射EMI问题。二极管D4用于降低电阻R19的 耗散。
Q2的栅极由IC U1内的次级侧控制器根据(经电阻R16)馈入IC的FWD 引脚的绕组电压进行导通控制。
在连续导通模式下，MOSFET就在次级侧向初级侧下达新开关周期请求 指令之前关断。在非连续导通模式下，功率MOSFET会在MOSFET的电 压降约低于阈值VSR(TH) 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 U1的次级侧或者从次级正向绕组电压供电，或者由输出电压进行供 电。连接至IC U1的BPS引脚的电容C9可提供内部电路去耦。启动期间输 出电压低于5 V时，器件将直接从次级绕组直接供电。在初级侧功率 MOSFET导通期间，出现于次级绕组的正向电压通过电阻R16和内部稳 压器对去耦电容C9充电。
低于恒流阈值时，器件在恒压模式下工作。在恒压模式工作时，通过分 压电阻R15和R16检测输出电压可实现输出电压调整。R16两端的电压以 1.265 V的内部参考电压阈值馈入FB引脚。输出电压稳定时，FB引脚的 电压为1.265 V。电容C13提供FB引脚信号的噪声滤波。
在此设计中，WT6615F (U2)是USB Type-C和PD控制器。InnoSwitch3-CP 的输出端为WT6615F器件供电。根据USB Type-C规范，当没有设备 连接到充电器时，P-MOSFET Q3可使USB Type-C接口变为冷插口。 P-MOSFET Q3的栅极直接由WT6615F IC驱动。Q3后面的VBUS输出的放 电也由WT6615F IC在内部完成。
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。
| 
楼主
标题置顶
标题高亮
