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传统的电源解决方案遭遇能耗瓶颈，Power Integrations 应对有技巧

时间：2019-09-03 17:37来源：21Dianyuan

摘要：PowerIntegrations新款InnoSwitch3AC-DC变换器IC释放氮化镓所有潜力——实现95%高效率，并突破100W瓶颈

传统的电源解决方案遭遇能耗瓶颈，Power Integrations 应对有技巧
Power Integrations 新款 InnoSwitch3 AC-DC 变换器 IC 释放氮化镓所有潜力
—— 实现 95% 高效率，并突破 100W 瓶颈
 
随着终端设备对于半导体器件性能、效率、小型化要求的越来越高。特别是随着5G的到来，国内领先的消费类手机厂商需要非常小体积，高度集成的电源解决方案，以实现更好的终端用户体验。在面对如何将所有元件都集成在一个小小的电源外壳里，同时兼顾高能效、低损耗的的设计需求时，传统的电源解决方案遭遇设计瓶颈。
 
基于这样一个市场背景，Power Integrations（下简称“PI”）早在去年就推出了InnoSwitch™3系列恒压/恒流离线反激式开关电源IC。在这款产品中，PI 通过FluxLink™ 通信技术实现初次级间的信息传输，使用一个器件同时控制反激电源中的初级功率开关管及次级同步整流开关管。精准的时序控制和更高的转换效率，使这款产品的效率高达94%，与最佳的传统设计相比其产生的热量可以同时减少25%，输出功率高达65W。
 

InnoSwitch™3通过FluxLink™ 通信技术实现优异性能

诚然，基于硅晶体管的InnoSwitch™3在高达65 W的应用当中非常有效，然而科技发展却不仅仅止步于65W。包括非原装USB PD适配器、高端手机充电器和其他移动设备、笔记本适配器，以及家电、电视机、服务器待机电源、一体机电脑、视频游戏机等对尺寸和效率有着更高要求的产品，在得益于InnoSwitch™3的同时，对输出功率也提出了更高的要求。
 
为因应用户的实际需求，PI 在8月27日的北京媒体交流会上，发布基于氮化镓 ( GaN) 的InnoSwitch™3  AC-DC变换器IC。而作为InnoSwitch™3系列恒压/恒流离线反激式开关电源IC的新成员，本次推出的InnoSwitch3-CP、InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-Pro IC可在整个负载范围内提供95%的高效率，并且在密闭适配器内不使用散热片的情况下可提供100 W的功率输出。
 
 
 
在过去的几年里，氮化镓电子器件已逐渐实现量产。与日益老化的硅MOSFET相比，GaN器件具有明显优势，推动了多个大型新兴应用的发展。媒体会上，PI 资深技术培训经理阎金光先生表示，“功率器件中采用GaN晶体管，较传统硅晶体管，可以使电源效率更高、温度更低、尺寸更小，实现大功率电源无散热片设计。”
 
 
GaN增加了InnoSwitch™3的效率和输出功率
 
一般来说，开关损耗会随着MOS管大小的增大而增加，导通损耗会随着MOS管大小（体积V）的增大而减小，两者曲线的交叉点就是传统MOSFET的功率损耗。但GaN的开关损耗既不取决于电容（C）大小，也不取决于体积，所以其功率损耗的交叉点要比传统MOSFET低很多。
 
 
传统MOSFET导通损耗和开关损耗随器件尺寸大小的变化走势相反
 
“普通MOSFET的输出电容在其开通时，通过其本身进行放电。由于寄生电容的大小与MOSFET的大小成比例，更大MOSFET会带来更多的开关损耗并直接影响到导通速率。” 对此，阎经理表示：“对于基于氮化镓的InnoSwitch™3 ，其采用的PowiGaN™技术可使开关单位面积的导通电阻RDS(ON) 更小，因此导通损耗也会相应减少。”
 
据介绍，此次发布的新产品使用氮化镓开关替换了IC初级的常规高压硅晶体管，实现降低电流流动期间的传导损耗，并极大降低工作时的开关损耗。这最终有助于大幅降低电源的能耗，从而提高效率，使体积更小的InSOP-24D封装提供更大的输出功率。
 
为了确保新产品与前代产品保持一致性、连贯性及易于使用特性，新产品仍然采用简单的反激式电源拓扑结构，无论是基于硅晶体管还是采用PowiGaN™开关的InnoSwitch™3 IC均使用相同的开关电源设计流程，这也为工程师对原有产品更新迭代提供了极大的便利。
 
 
 
值得一提的是，使用InnoSwitch™3 的 USB PD+PPS设计，可以对电压、电流进行人为设定，通过手机给微处理器发送负载指令，根据实际需要提供电压电流，从而避免手机因DC-DC的损耗发热。
 
InnoSwitch™3 的能效（高达95%）已经远远超过国际能效法规的标准。客户来可以使用一些低成本的元器件实现其产品设计，比如可以使用细一些的输出电缆或者小一些的变压器等，在满足世界范围能效法规要求的前提下，使得产品的整体成本更具优势。
 
在实现高效率和小尺寸方面，氮化镓是一项明显优于硅技术的关键技术。InnoSwitch™3作为离线开关电源IC市场当之无愧的技术先行者，随着PI反激式产品在效率和功率能力的提高，将为未来电子产品设计和应用带来更多可发挥空间。
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