
穩壓精度是指電源穩壓器輸出電壓在給定條件下的波動程度。如果穩壓精度差,那么電源穩壓器輸出電壓波動大,就會導致電子設備工作不穩定,甚至出現故障。電源電子工程師在進行電路設計時,一般采用升降壓變換器來減小輸出電壓的波動。在高精度電子設備的應用中,有時還需要采用高精度電容、高精度電感等元器件,并進行嚴格的溫度補償和校準,以保證電源整體的穩壓精度。
傳統的多路輸出電源的設計有bug?
幾乎每種電氣設備都需要多種直流電壓供電才能工作。傳統的解決方案是使用反激式電源加多個后級的降壓/升壓變換器來改善電壓的穩定輸出。但是因為傳統多路輸出反激式開關電源僅對主輸出進行穩壓調節,輔助輸出則不受控,有時候輔助輸出VOUT的變化甚至會達到20%以上,這樣就不得不在設計中增加反饋電路,也由此帶來了空載功耗、高頻噪聲、成本、電源尺寸的增加,以及4-5%效率的降低。
傳統的多輸出電源所面臨的挑戰是權衡效率、空載功耗、輸出精度以及成本。目前來說很難全部實現。Power Integrations(PI)曾經通過“加權反饋”來改善TOPSwitch和TinySwitch的穩壓精度,使10%-100%負載的穩壓精度達到±5%,但是10%以下負載的穩壓精度仍然無法保證。
解決難題,InnoMux-2高精度多路輸出電源解決方案來了
此次PI推出單級獨立穩壓的多路輸出離線式電源IC——InnoMux-2系列產品,其單芯片方案可提供三路輸出,包括兩路CV加一路CC輸出或者三路CV輸出等不同的輸出組合配置。而芯片組方案則可提供一路CV輸出即四通道CC輸出。如果再增加一個恒流控制IC則最多可實現八路CC輸出。InnuMux-2通過采用單級反激拓撲結構去除后級的升壓和降壓變換級,大幅提高顯示器和電視機等應用的系統效率。這有助于減小PCB占板面積,并將系統效率提升到90%以上的更高水平,以達到更高的能效指標要求。
相較于傳統的兩級架構,InnoMux-2無需使用單獨的DC-DC變換級,PCB占板尺寸更小,元件數目縮減約50%(無需后級穩壓電路),成本更低,并且滿載效率可以達到90%以上(提升10%),待機功耗改善20%(無需輸出電壓泄放電路),整個輸入電壓及負載范圍維持±1%輸出精度。
多輸出+后級穩壓器電路的系統效率為80%
InnoMux-2多路輸出電路的系統效率為90%,提升10%
新IC拓撲極大改善了多路輸出離線式電源變換的設計。它將AC-DC和后級DC-DC變換級整合到單個芯片中,提供多達三個獨立穩壓輸出或者兩個恒壓輸出和一個恒流輸出,擁有15–100W的輸出功率能力,每個輸出均可獨立反饋控制,輸出精度更高。InnoMux-2還采用750V PowiGaN氮化鎵開關管、準諧振、零電壓開關(無需有源鉗位)和同步整流技術,同時無需散熱器,這些都有助于效率的進一步提高。
由于能源之星和歐盟標識指令對設備的功耗進一步進行了限制,生態設計指令2024/826將待機功耗從500mW降至300mW(相當于每年節省7300萬加侖的汽油),且更多應用開始涉及到滿足待機限制的要求,這就對電源提出了更高的要求。而現代電子系統功能越來越多,需要的待機負載需求也越來越多。假定待機效率為60%的情況下,留有10mW的裕量,那么對于300mW輸入功率限值下可使用的輸出功率僅為170mW。而如果去掉電源方案中的假負載泄放電路的功耗,就可以實現更多的待機功能,提升用戶體驗。
在談及InnoMux-2降低待機功耗的能力時,PI高級培訓經理Jason Yan表示:“InnoMux-2 IC解決方案即使在空載且不使用泄放電路的情況仍可實現對輸出精確的控制。在1組CV和1組CC輸出的InnoMux-2設計中,在輸入電壓、負載條件的變化以及交叉調整率的各種工況下,12V輸出電壓的變化可滿足±1%的穩壓精度。”
那如何確保精確的調整精度呢?答案是將能量按需導引。PI采用首創的加選通開關的方式,可以將能量導引至所需要的輸出端,以保證調整精度達到±1%。
具體來說,每個開關周期中的能量是如何根據需要在輸出之間進行分配的呢?Jason Yan解釋說:“次級側控制器經FluxLink向初級側發送開關請求,由低輸出的VCV1或者低VLED電壓的輸出進行觸發,次級側母線中串聯的選通開關(功率開關管)將開關能量導引至所需的輸出端(斷開未發起開關請求輸出的連接),同時監測每個輸出的電壓和電流大小,周而復始,以確保電壓、電流恒定。”
此外,InnoMux-2還擁有先進的保護/安全特性,包括所有輸出均具備獨立的過載保護,燈串不平衡/短路/開路保護,輸出過壓時進入自動重啟動保護。在封裝方面,采用PI獨有的InSOP封裝,這種封裝熱阻更低,從而可以將熱量傳導至PCB板進行散熱,做到無金屬散熱片的設計。在設計支持方面,PI提供PI Expert? 設計軟件,以及多個參考設計。在應用方面,與IML204DG IC配合使用時,InnoMux-2支持多達8串 LED 燈串的應用;與IMX2065C或IMX2066C+IML204DG芯片組配合使用,非常適用于大尺寸顯示器的應用。
InnoMux-2方案徹底改變了傳統多輸出功率變換器的功率架構。InnoMux-2方案支持各種輸出組合以滿足不同應用的需求,比如顯示器、電視、家居自動化、照明等一路恒壓和一路恒流的輸出,小家電、工業、儀表等兩路恒壓輸出,工業類、電器、電信、網絡等三路恒壓輸出,高端顯示器、電器等一路恒壓及最多八路的恒流輸出。目前InnoMux-2 已投入生產,并且首個客戶已經量產。
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