PI推出新款精準穩(wěn)壓多路輸出GaN電源IC

相較于傳統(tǒng)的兩級架構，這款新GaN電源IC采用750V PowiGaN?氮化鎵開關管、零電壓開關(無需有源鉗位)和同步整流技術，且無需使用單獨的DC-DC變換級，可精簡PCB元件數目，效率提升實現高達10%。

在大多數現代嵌入式電子系統(tǒng)中，幾乎都需要依靠多種直流電壓供電才能運行各種功能，如計算、通信和執(zhí)行功能(通常是加熱、發(fā)光、發(fā)聲或某種運動功能)等應用場景。傳統(tǒng)的解決方案是使用單輸出的反激式電源加多個后級的降壓或升壓變換來改善電壓的穩(wěn)定輸出。

但這種兩級變換的架構會使得每個變換級的損耗都會累加起來，從而降低整個系統(tǒng)的性能并產生熱量。所以從這個角度講，效率和穩(wěn)壓精度之間構成了矛盾。

而為了維持空載及輕載時輸出電壓的穩(wěn)定，往往在輔助輸出的負載端或降壓型DC-DC的輸出端會使用假負載電阻來拉低空載或輕載情況下的輸出電壓，而這樣做會帶來空載輸入功耗或待機功耗的增加，從而在穩(wěn)壓精度和空載功耗之間帶來設計挑戰(zhàn)。

所以多路輸出電源的設計對于電源設計工程師來講，是一個需要不斷在各項性能和成本之間進行權衡選擇的過程。

對于傳統(tǒng)的多路輸出電源的設計，工程師需要在效率、空載功耗、輸出精度三者之間加以均衡考量。一般而言，反激式的多路輸出電源包括主輸出和輔助輸出，主輸出可以始終維持穩(wěn)定，但是輔助輸出會隨著主輸出的負載情況電壓會忽高忽低，也就是所謂的交叉調整率特性。

相對于單路輸出電源設計，多路輸出電源的電壓穩(wěn)定性和效率表現要差很多。工程師不得不采用改變取樣方式或增加假負載電阻的方式來折中考量穩(wěn)壓精度和待機功耗之間的矛盾。又或者通過使用二次DC-DC變換的方式，在輸出精度和電源成本之間進行取舍。

那么設計時，如何避免多路輸出電源中的這些局限性，更好地均衡效率、空載功耗和輸出精度呢?

2月27日，深耕于高壓集成電路高能效功率變換領域的知名公司Power Integrations就正式發(fā)布了InnoMux-2?系列單級獨立穩(wěn)壓的多路輸出離線式電源IC，展示了新款氮化鎵電源IC將系統(tǒng)功率損耗降低高達50%的優(yōu)越系統(tǒng)性能。

為了滿足很多嵌入式系統(tǒng)多軌供電的使用需求，此款新電源IC拓撲極大改善了傳統(tǒng)多路輸出離線式電源變換的設計。它可以根據負載的不同來配置不同的恒壓和恒流輸出，可達15-100W的輸出功率能力，而每路輸出均進行獨立的反饋進行穩(wěn)壓或穩(wěn)流調整。

該方案通過單級變換、零電壓開關和PowiGaN?開關的結合，其效率與傳統(tǒng)的兩級方案相比最多可提高10%;而且在輸出端無需輸出電壓泄放電路，使待機功耗的性能改善達20%;輸出調整精度的提高則無需采用后級的升壓或降壓穩(wěn)壓電路，系統(tǒng)元件數目可縮減約50%;每路輸出可根據調整需要對初級側傳輸過來的能量進行按需分配，保證每路輸出在整個輸入電壓及負載范圍內維持在±1%的輸出精度。

當前，可持續(xù)發(fā)展和既定政策的碳排放計劃場景當中，能效改善對于碳排放的貢獻率達37%，超過三分之一的碳排放目標，需要靠提高效率來實現，因而能效改善是實現碳減排目標的關鍵。因此，更高效的功率變換對于低碳未來至關重要。

值得一提的是，InnoMux-2 IC通過對輸出能量加以引導，而無需后級穩(wěn)壓器可將整體系統(tǒng)效率最多提升10%，達到90%的系統(tǒng)效率。

另外，降低待機功耗對低碳發(fā)展同樣重要。據了解，目前已有愈多應用涉及到滿足待機限制的要求。諸如能源之星?和歐盟標識指令都對設備的功耗進一步進行了限制，設備工作期間及待機狀態(tài)的系統(tǒng)功耗限值均更加嚴格;生態(tài)設計指令2024/826要求將待機功耗從500mW降至300mW，這種新標準的實施所造成的每年的能源節(jié)省相當于7300萬加侖的汽油。

一般而言，傳統(tǒng)降壓變換器和多路輸出電源在輕載/空載時“燃燒”掉多余的能量以維持輸出電壓的穩(wěn)定，因此必須使用后級穩(wěn)壓器，接受差的穩(wěn)壓精度或者增加額外的輸出負載成為電源設計者不得不面對的問題。如不加假負載進行能量的泄放，輸出電壓在空載時甚至會上升至多達20%。但如果有方案可以不使用泄放電阻，則節(jié)省的可用功耗可以在設備上用來實現更多的待機功能。

InnoMux-2 IC解決方案即使在空載且不使用泄放電路的情況下仍可實現對輸出精確的控制。初級側每個開關周期中的能量根據需要由次級側控制器在不同輸出之間進行按需分配，進而確保精確的輸出控制，即使在空載情況下也能保證輸出的穩(wěn)定。

在應用方面，InnoMux-2 IC解決方案支持一路恒壓和一路恒流輸出、兩路恒壓輸出、三路恒壓輸出和一路恒壓及最多達八路的恒流輸出等各種輸出組合，能夠廣泛應用于顯示器、電視、家居自動化、照明、小家電、工業(yè)、儀表等眾多領域。

InnoMux-2 IC解決方案還可支持多種電源架構和多個功率級別，并且由PI Expert? 設計軟件進行設計支持，目前首個客戶的應用方案已經量產。

從研發(fā)到量產，可以明顯地看出，InnoMux-2 IC解決方案已經得到了極大的驗證。它支持多種CV和CC輸出組合及10–100W的輸出功率范圍等市場應用，以其精確、高效、元件數目少等特性徹底改變多輸出功率轉換的設計理念，是低待機應用的理想選擇。

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審核編輯 黃宇