本帖最后由 元少 于 2023-11-2 14:50 编辑
自动抄表系统板级InnoSwitch3-CP产品INN4177C和CPZ1076M设计 PI针对工业应用推出了一系列高度集成的高压IC。每片IC都在一个单一晶片上同时集成了一个高压功率MOSFET及其它控制及保护电路。其功能特点包括电流限流及故障情况下具有自动恢复特性的热关断保护特点，从而可以提高可靠性。另外，频率调制特性可以降低EMI。提供了一系列针对电机控制及小直流电机驱动辅助电源的高度集成高压IC。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技术。
PI可提供一系列高度集成的高压IC，用于设计电表及自动抄表系统(ARM)应用中的电源。每片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。
特色包括：
· 电流限流和热关断(提供自动故障恢复功能)，可提高可靠性
· 频率抖动可降低EMI
· 采用技术，可最大程度提高整个负载范围内的效率
芯片采用了InnoSwitch3-CZ产品系列集成离线CV/CC ZVS反激集成开关IC与750v主动箝位驱动，同步整流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自动抄表系统板级电路，满足但不限于以下指标要求：
(1)最大输出功率：180W;
(2)最大效率：≥85%;
(3)输入额定电压：85-265 VAC;
(4)输出电压规格：25V/9A;
(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™4-CZ系列ic与ClampZero系列合作的有源箝位集成电路，显著提高反激效率电源转换器，特别是那些需要一个紧凑的外形因素。InnoSwitch4-CZ系列包含primary和secondary控制器、PowiGaN电源开关和安全额定反馈(FluxLink)集成到单个IC中。
InnoSwitch4-CZ与ClampZero的结合大大减少了损耗系统和一次开关损耗，允许极高的功率密度。InnoSwitch4-CZ还集成了多种保护功能包括输出过压和过流限制，以及过温限制关闭。可提供支持闭锁组合的设备应用程序通常需要自动重启保护模式如充电器、适配器、消费电子产品和工业系统。
针对上述功率设计目标，选用PI公司芯片采用了InnoSwitch™3-CZ产品系列的INN4177C and CPZ1076M设计的基于USB PD 3.0协议的20v, 9a适配器。该设计符合DOE 6级和EC CoC 5 标准。
原理如下图所示：
设计分析
图上所示的电路是DC/DC级20v, 9a单级输出电源采用INN4177C和CPZ1076M。这一个输出设计符合DOE 6级和EC CoC v5标准。Y电容C5连接在电源输出端和输入有助于降低共模电磁干扰。变压器初级的一端连接到整流直流公共汽车;另一端接在开关内部的漏极上InnoSwitch-4 IC (U3)。电阻R20和R21提供输入欠压和过压条件下的电压感应保护。主钳位由开关U2和电容C16组成开关关断瞬间U3漏极电压峰值U3内部。储存在变压器漏感中的能量T1将被转移到电容C16。部分磁化能量也会转移到C16，这取决于电容使用的值。VR1用于防止InnoSwitch-4过载电源故障时漏电压。当从二次端接收到FluxLink信号时InnoSwitch-4产生一个HSD信号来打开ClampZero设备。
当ClampZero IC (U2)接通时，实现软接InnoSwitch-4主开关的开关，钳位电容C16开始对变压器的漏感进行充电CCM运行的情况下，漏磁和磁化在DCM运行的情况下，变压器的电感。一个小从高侧开关关闭的瞬间开始提供延迟为了在一次开关上实现零电压开关。这延迟可通过R26的不同电阻值进行编程。电容器C20用于在BP1引脚处提供局部去耦。电容C19为BP2引脚提供去耦。二极管D4和电容C17形成自举电路，提供偏置高侧BP2引脚。电阻R18限制电流流入BP2销。InnoSwitch-4 IC使用内部高压自启动给PRIMARY旁路引脚电容器(C15)充电的电流源第一次输入交流电时。正常运行时，主侧块由上的辅助绕组供电变压器T1。辅助(或偏置)绕组的输出被整流采用二极管D5和电容C18滤波。电阻R24限值的PRIMARY BYPASS引脚的电流InnoSwitch-4 IC (U3)。输出调节是通过调制控制来实现的在此基础上调整开关周期的频率和ILIM输出负载。
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。
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