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。