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用InnoSwitch4-Pro设计USB PD 3.0适配器

为充分发挥InnoSwitch4-Pro的智能化潜力,PI在官网提供了编号为DER-960开源设计范例。

以InnoSwitch4-Pro芯片INN4375F为核心,配合ClampZero芯片CPZ1075M以及功率因数校正芯片PFS5274,再加上英集芯公司的USB Type-C PD协议控制器IP2726S,实现了100W输出功率的 USB PD 3.0适配器设计。

这个设计以InnoSwitch4-Pro INN4375F为核心的反激变换部分的电路图如下图。

输入电压范围为90~ 265 VAC。固定输出PDO包括5V / 5A、9V / 5A、12V / 5A、15V / 5A、20V / 5A;动态输出范围包括3.3V~21V / 5A (最大100 W)。这个设计方案的功率密度可达16.1W / in³,不含外壳的尺寸大小为3.42”x 2.04”x 0.89”。如下图。

方案中的USB PD协议控制芯片为英集芯公司的IP2726S,实现了PD3.1的协议,如下图。快充自动监测为快充PD3.1协议,支持PPS精细调压,最大输出功率63W。这个DER-960的硬件设计是最大可以支持100W的输出功率,快充检测器监测到微控制器芯片控制下,所实现的功能最大可以达到63W,这个数值可以通过为微控制器的指令安全的实现。高达140kHz的开关频率,使得输出的纹波系数非常小,VPP可以低至28mV。

如果以这个方案为蓝本,结合智能控制器的参数匹配可以实现多样的定制化的其它设计。如下图,在物料上做了优化,充分利用空间结构,加强散热,可以实现如下更贴近实际商业化产品的范例设计方案。

在优化设计方案中,使用了更大输出功率的InnoSwitch4-Pro芯片,无外壳工况下额定功率可达125W,PFC芯片额定输出功率可达165W。设计中增加了散热片和散热填充剂以适应安装在密封外壳内的125W额定功率要求。考虑到空间和成本,这个设计中并未采用有源钳位版本的InnoSwitch4-Pro IC,而仅使用波谷开通的准谐振方式来降低初级开关的开通损耗。

对比DER-960设计方案的元件选择变化如下,

把DER-960(右侧,最大输出功率100W)、基于DER-960的优化设计(左下,最大输出功率125W)、苹果手机标准充电适配器(左上,输出功率5W)放在一起对比,高功率输出的InnoSwitch4-Pro方案,其尺寸精简效果一目了然。

采用快充电压电流监测仪测试如下图,同样监测出该设计支持快充协议,可以实现PPS调压。经过优化以后的纹波系数表现更好。

经检测,在这个快充芯片支持下,可以实现的5V,9V,12V,15V,20V的逐档充电电压调整,其中模式6还支持3.3~21V的分步电压调整,最大可以支持3A的额定电流。实际的输出电流是由充电负载决定的,在充电负载可以承受时,可以支持的最大电流应该可以达到5A,达到100W的输出功率。

InnoSwitch4-Pro将PI多项技术进行高集成度整合,并采取吸纳了多项产品的优势,同时,更广泛技术运用的发展前景尤其值得期待。

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2023-11-24 16:52

怎么样保证系统完整性统一

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2023-11-24 22:29

DER-960的开源设计以InnoSwitch4-Pro芯片INN4375F为核心,配合CPZ1075M以及PFS5274,再加上IP2726S,可以实现100W输出功率的适配器。

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2023-11-24 22:31

非常不错的设计案例,有利于保证系统产生一个较高的输出效率

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沈夜
LV.7
5
2023-11-25 16:17

InnoSwitch4-Pro是否可以实现更高功率的输出?

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2023-11-25 20:15

PI在GAN领域已经非常成熟了

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天晴朗
LV.6
7
2023-11-26 16:28

PPS调压是指什么技术,能讲解一下吗,如何经过优化以后使纹波系数表现更好呢?

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htwdb
LV.7
8
2023-11-26 16:37

InnoSwitch4-Pro兼容各种USB PD、通用快充技术规范(UFCS)及其它客户定制化的快充协议。同时输出功率高达220W,可以涵盖市场上多数充电器的使用功率段。

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2023-11-26 17:25

该适配器高效、简洁、安全、体积小

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XHH9062
LV.9
10
2023-11-26 18:54

负载调整率如何

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2023-11-26 22:05

很不错的技术值得学习

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Marcia
LV.6
12
2023-11-29 09:59

学习了

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k6666
LV.9
13
2023-12-18 16:22
@htwdb
InnoSwitch4-Pro兼容各种USBPD、通用快充技术规范(UFCS)及其它客户定制化的快充协议。同时输出功率高达220W,可以涵盖市场上多数充电器的使用功率段。

创新的隔离式数字通信技术 FluxLink,具有同步整流、及精确的次级侧反馈检测和控制电路

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tanb006
LV.10
14
2023-12-28 14:15

单片机测量纹波也敢拿出来当数据?

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xxbw6868
LV.9
15
02-03 11:54
@dy-XU5vrphW
非常不错的设计案例,有利于保证系统产生一个较高的输出效率

其在不同负载以及不同输出下,调整工作于DCM/QR。在轻载时则会工作于burst模式,以提升效率。

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04-12 14:27
@xxbw6868
其在不同负载以及不同输出下,调整工作于DCM/QR。在轻载时则会工作于burst模式,以提升效率。

PI目前已经有基于硅技术的900V耐压的产品,但是由于硅晶体管的开关损耗较大。

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04-16 22:43

开关频率140KHz比较高 ,有助于减小输出的纹波系数

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