多路电源芯片，PI的InnoMux-2效率惊人

在电源领域，大家对AC-DC应该不再陌生。
 
作为电子产品里面的一个重要组成部分，AC-DC在过去多年里已经有了长足的发展，当中的多路输出更是成为了主流。所谓多路输出电源，顾名思义，是指电源不是单路输出，而是有多路输出，能满足电器设备对多种直流电压的需求。
 

 
面对这种需求，传统的方法是使用反击式电源加多个降压/升压变换器实现。如上图所示，这是一种非常容易实现的设计。但是，这种变换的电源效率不佳，且成本较高。采用单级多路输出的设计虽然成本和效率方面更占优势，但在空载功耗或输出精度方面又面临不小的挑战。换而言之，这类设计的输出电源需要在效率、空载功耗和输出精度这三个方面进行平衡，以获取更好的结果。
 


由此可见，相较于单路输出电源，多路输出电源是一个很难的事情。例如对于前者，只要有反馈电路，你就能很稳定地输出。但如果是多路输出，则涉及到主输出和辅助输出等多个方面，这相对较难。
 


针对这个挑战，行业领先的供应商PI就通过引入“加权反馈”的方式来改善其稳压精度，但对于轻负载的情况还是会面临电压漂高的问题，虽然可以通过采用增加假负载来调节，但随之而来的则是待机功耗的升高，因此这就成为了一个开发者需要衡量的选择。
 

 
“为了进一步改善这些多路输出的稳压精度，我们需要增加一些类似线性变压器、升压变压器和降压变压器这样的二级变换。”PI资深技术培训经理Jason Yan在一次演讲中介绍说。他同时也强调，采取这种设计，也很难获得一个在效率（二级变换导致的）、空载功耗（假负载导致的）和输出精度（不能每一路电源都做反馈导致的）方面都表现得很好的设计。
 

 
于是，PI带来了其全新的单级独立稳压的多路输出离线式电源芯片InnoMux-2，以解决上述谈到的多路电源输出问题。
 
作为一款将AC-DC和后级DC-DC变换级整合到单个芯片中的产品，InnoMux-2能提供多达三个独立稳压输出，适合于白色家电、工业系统、显示器以及其他需要多组供电电压的应用场景。相较于传统的两级架构，无需使用单独的DC-DC变换级，可减少元件数目，减小PCB占板尺寸，实现高达10%的效率提升。
 
此外，新IC还采用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，这些都有助于效率的进一步提高。如图所示，因为每一路电源在不需要增加假负载的情况下都能实现稳定的输出，这就改善了待机功耗，进一步提升了产品的功耗表现。
 

 
为了进一步说明这个芯片的优势，Jason Yan举例说，在传统方案中，在打造一个单通道12V恒压输出的时候，能达成92%的系统效率，这在部分上可以归功于其单级的设计。而在通过引入升压和降压电路，打造多通道解决方案后，可以发现虽然整个系统中的第一级变换的效率还是92%，但对于另外的30V恒流和5V恒压的二级变换，其效率变成了87%，这就让整个系统的效率降低到了80%。
 


而在PI的InnoMux方案中，次级侧是一个一级的变换。且每一路的输出也都是有反馈和取样电阻。同时，因为PI在整个电路设计中还引入了一个能量开关，能够在电压有变化的时候，执行能量引导，从而帮助改善了整个方案的效率。
 


而按照PI的新闻稿，InnoMux-2 IC可提供高达90W的输出功率，并且在整个输入电压、负载范围、温度及负载电流跳变的条件下满足优于±3%的调整精度。电源系统的总效率（从交流到稳压的低压直流输出段）可超过90%。按照Jason Yan所说，这个效率在多路输出电源中是很难达到的。这也足以证明PI在这方面的领先。
 
“先进的InnoMux-2控制器还能管理轻载下的功率输出，无需使用假负载电阻，可将空载功耗降至30mW以下。而欧洲用电产品(EuP)指令规定的待机功耗标准为低于300mW，这就为某些需要执行必要功能的应用场景提供了更多的可用待机功率。”PI总结说。
 
PI进一步指出，因为InnoMux-2器件还采用了Power Integrations高效散热的InSOP 24和InSOP 28封装，这就使其可通过PCB进行散热。即使在无需散热片的场景下，该方案也能实现高达100W的连续输出功率。器件选项包括双路输出和三路输出恒压(CV)型号；或者，其中一路输出可专用于提供恒流(CC)驱动，适合为显示器中的LED背光供电或为内置电池提供快速充电。而在面向LED调光的应用，则能提供模拟、PWM和混合信号的支持。
 

 
在实际应用中，得益于其对各种输出组合的支持，如上图所示，InnoMux-2 能够适用于多项不同的应用。该方案还支持多种电源架构和多个功率级别。
 

 
Power Integrations产品开发副总裁Roland Saint-Pierre也总结说：“大多数现代电子系统都依靠多个内部电压来运行各种功能，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）。但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。InnoMux-2 IC可轻松克服这一挑战，因为它采用一个单级的架构，即可提供多达三个独立的稳压输出或者两个恒压输出和一个恒流输出，从而可以以更少的元件实现结构紧凑且高效的电源子系统。”