原创 PI推出新款精准稳压多路输出GaN电源IC

 2024-4-10 11:20  251 5 5 分类: 工程师职场文集: 行业资讯

　　【哔哥哔特导读】相较于传统的两级架构，这款新GaN电源IC采用750V PowiGaN™氮化镓开关管、零电压开关(无需有源钳位)和同步整流技术，且无需使用单独的DC-DC变换级，可精简PCB元件数目，效率提升实现高达10%。

　　在大多数现代嵌入式电子系统中，几乎都需要依靠多种直流电压供电才能运行各种功能，如计算、通信和执行功能(通常是加热、发光、发声或某种运动功能)等应用场景。传统的解决方案是使用单输出的反激式电源加多个后级的降压或升压变换来改善电压的稳定输出。

　　但这种两级变换的架构会使得每个变换级的损耗都会累加起来，从而降低整个系统的性能并产生热量。所以从这个角度讲，效率和稳压精度之间构成了矛盾。

　　而为了维持空载及轻载时输出电压的稳定，往往在辅助输出的负载端或降压型DC-DC的输出端会使用假负载电阻来拉低空载或轻载情况下的输出电压，而这样做会带来空载输入功耗或待机功耗的增加，从而在稳压精度和空载功耗之间带来设计挑战。

　　所以多路输出电源的设计对于电源设计工程师来讲，是一个需要不断在各项性能和成本之间进行权衡选择的过程。

　　对于传统的多路输出电源的设计，工程师需要在效率、空载功耗、输出精度三者之间加以均衡考量。一般而言，反激式的多路输出电源包括主输出和辅助输出，主输出可以始终维持稳定，但是辅助输出会随着主输出的负载情况电压会忽高忽低，也就是所谓的交叉调整率特性。

　　相对于单路输出电源设计，多路输出电源的电压稳定性和效率表现要差很多。工程师不得不采用改变取样方式或增加假负载电阻的方式来折中考量稳压精度和待机功耗之间的矛盾。又或者通过使用二次DC-DC变换的方式，在输出精度和电源成本之间进行取舍。

　　那么设计时，如何避免多路输出电源中的这些局限性，更好地均衡效率、空载功耗和输出精度呢?

　　2月27日，深耕于高压集成电路高能效功率变换领域的知名公司Power Integrations就正式发布了InnoMux-2™系列单级独立稳压的多路输出离线式电源IC，展示了新款氮化镓电源IC将系统功率损耗降低高达50%的优越系统性能。

　　为了满足很多嵌入式系统多轨供电的使用需求，此款新电源IC拓扑极大改善了传统多路输出离线式电源变换的设计。它可以根据负载的不同来配置不同的恒压和恒流输出，可达15-100W的输出功率能力，而每路输出均进行独立的反馈进行稳压或稳流调整。

　　该方案通过单级变换、零电压开关和PowiGaN™开关的结合，其效率与传统的两级方案相比最多可提高10%;而且在输出端无需输出电压泄放电路，使待机功耗的性能改善达20%;输出调整精度的提高则无需采用后级的升压或降压稳压电路，系统元件数目可缩减约50%;每路输出可根据调整需要对初级侧传输过来的能量进行按需分配，保证每路输出在整个输入电压及负载范围内维持在±1%的输出精度。

　　当前，可持续发展和既定政策的碳排放计划场景当中，能效改善对于碳排放的贡献率达37%，超过三分之一的碳排放目标，需要靠提高效率来实现，因而能效改善是实现碳减排目标的关键。因此，更高效的功率变换对于低碳未来至关重要。

　　值得一提的是，InnoMux-2 IC通过对输出能量加以引导，而无需后级稳压器可将整体系统效率最多提升10%，达到90%的系统效率。

　　另外，降低待机功耗对低碳发展同样重要。据了解，目前已有愈多应用涉及到满足待机限制的要求。诸如能源之星®和欧盟标识指令都对设备的功耗进一步进行了限制，设备工作期间及待机状态的系统功耗限值均更加严格;生态设计指令2024/826要求将待机功耗从500mW降至300mW，这种新标准的实施所造成的每年的能源节省相当于7300万加仑的汽油。

　　一般而言，传统降压变换器和多路输出电源在轻载/空载时“燃烧”掉多余的能量以维持输出电压的稳定，因此必须使用后级稳压器，接受差的稳压精度或者增加额外的输出负载成为电源设计者不得不面对的问题。如不加假负载进行能量的泄放，输出电压在空载时甚至会上升至多达20%。但如果有方案可以不使用泄放电阻，则节省的可用功耗可以在设备上用来实现更多的待机功能。

　　InnoMux-2 IC解决方案即使在空载且不使用泄放电路的情况下仍可实现对输出精确的控制。初级侧每个开关周期中的能量根据需要由次级侧控制器在不同输出之间进行按需分配，进而确保精确的输出控制，即使在空载情况下也能保证输出的稳定。

　　在应用方面，InnoMux-2 IC解决方案支持一路恒压和一路恒流输出、两路恒压输出、三路恒压输出和一路恒压及最多达八路的恒流输出等各种输出组合，能够广泛应用于显示器、电视、家居自动化、照明、小家电、工业、仪表等众多领域。

　　InnoMux-2 IC解决方案还可支持多种电源架构和多个功率级别，并且由PI Expert™ 设计软件进行设计支持，目前首个客户的应用方案已经量产。