解決多路輸出電源技術(shù)難題！PI推出InnoMux-2，效率提升10%

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）眾所周知，電氣設備需要多種直流電壓供電才能進(jìn)行工作，可以使用反激式加多個(gè)降壓/升壓變換器實(shí)現電壓的穩定及恒定電流的控制。但傳統的多路輸出電源也面臨著(zhù)不同的技術(shù)挑戰，例如在設計時(shí)需要權衡效率、空載功耗、輸出精度。從當前的解決方案來(lái)看，要做到這三者之間的權衡還有一定難度。

一般而言，單輸出電源只要有反饋電路就能非常穩定地輸出，但多輸出電源有所不同。以一個(gè)三路輸出電源的電路結構為例，一般有輔助輸出、主輸出、反饋電路。由于傳統多路輸出反激式開(kāi)關(guān)電源僅對主輸出進(jìn)行穩壓調節，主輸出經(jīng)過(guò)反饋電路可以得到穩定的電壓，但輔助輸出不經(jīng)過(guò)反饋電路，電壓會(huì )隨輸出負載條件出現變化，也就是大家所熟知的交叉調整率指標。這也是多路輸出電源的難點(diǎn)之一：如何得到精確且穩定的輸出是每個(gè)電源工程師不得不面對的設計挑戰。

多路輸出電源的電路結構（圖源：PI）

根據終端客戶(hù)需求的不同，芯片廠(chǎng)商給出了不同的解決方案，PI資深技術(shù)培訓經(jīng)理閻金光分享了不同方案類(lèi)型帶來(lái)了效果對比。

例如采用輸出未經(jīng)調整的多路輸出反激式電源的方案，能夠實(shí)現高效率、較低的空載功耗，但會(huì )犧牲輸出精度。如果采用多路輸出反激+加權反饋+假負載的方案，能夠得到高效率、高輸出精度，但空載功耗較高。如果采用了單輸出的反激電源+降壓變換器穩壓+假負載，能夠得到較好的輸出精度，但空載功耗比較高，且效率也只是中等水平。

可以看到，在不同情況下，不同的組合方式依舊難以實(shí)現效率、空載功耗、輸出精度三者的權衡，且不同方案對成本也會(huì )有所影響。通過(guò)加權反饋或者是添加降壓型變換器的方式雖然能改善穩壓精度，但在峰值充電、“能量不足”的情況下也會(huì )出現輸出電壓忽高忽低的穩定性問(wèn)題。

在認識到多路輸出電源的技術(shù)挑戰之后，PI提供了新的解決方案。在2月27日，PI正式發(fā)布InnoMux-2?系列單級獨立穩壓的多路輸出離線(xiàn)式電源IC。

根據介紹，InnoMux-2 IC將AC-DC和后級DC-DC變換級整合到單個(gè)芯片中，提供三個(gè)獨立穩壓輸出，且改善了多路輸出離線(xiàn)式電源變換的設計，能配置多個(gè)恒壓（CV）和恒流（CC）輸出組合，且每個(gè)輸出均進(jìn)行獨立的穩壓調整。

InnoMux-2 IC相較于傳統的兩級架構，無(wú)需使用單獨的后級DC-DC變換級，元件數目減少約50%，可大大減小PCB板的占板尺寸。官方介紹，InnoMux-2 IC可以提供的輸出功率可達100W，并且在整個(gè)輸入電壓、負載范圍、溫度及負載電流跳變的條件下滿(mǎn)足優(yōu)于±3%的調整精度。另外，InnoMux-2 IC在效率和功耗上都實(shí)現了不同的升級。

在效率方面，InnoMux-2 IC采用一個(gè)單級的架構，750V PowiGaN?氮化鎵開(kāi)關(guān)管、零電壓開(kāi)關(guān)（無(wú)需有源鉗位）和同步整流技術(shù)，能夠讓系統效率最多提高10%。

PI舉了一個(gè)例子，在一個(gè)12V恒壓的單輸出電源中，最終的系統效率為92%。在一個(gè)多輸出+后級穩壓器電源架構中，輸出5V CV、12V CV、30V CC，經(jīng)過(guò)二次變換后的系統效率只有80%。而InnoMux-2多路輸出的方案中引入氮化鎵開(kāi)關(guān)管，通過(guò)對輸出能量加以引導，在沒(méi)有采用后級穩壓器的情況下還能將系統效率提升10%，達到90%。

InnoMux-2 在系統效率上的表現（圖源：PI）

針對功耗的管理，能源之星?和歐盟標識指令對設備的功耗進(jìn)一步進(jìn)行了限制，歐洲用電產(chǎn)品（EuP）指令規定設備在待機狀態(tài)下的功耗需要到300mW以下。因此電源管理系統需要在功耗上實(shí)現進(jìn)一步的迭代，特別是智能家電應用場(chǎng)景，而為了維持輸出電壓穩定的泄放電路不執行任何有效的工作，但在待機狀態(tài)下會(huì )消耗大量的能量。如果采用InnoMux-2 IC解決方案，則無(wú)需在輸出端采用泄放電阻，進(jìn)而可將待機功耗改善20%，保證300mW的待機功耗要求。

在應用場(chǎng)景上，大多數嵌入式系統都需要多軌供電，InnoMux-2能夠在一定程度上很好地解決多路輸出電源在功耗、效率等方面的技術(shù)挑戰，適合于白色家電、工業(yè)系統、顯示器等需要多組供電電壓的應用場(chǎng)景。

閻金光介紹，InnoMux-2方案支持各種輸出組合，例如應用在電視、照明場(chǎng)景，可以使用一路恒壓和一路恒流輸出的方式；針對高端顯示器可以采用一路恒壓及最多八路的恒流輸出的方式。另外，PI還推出了62W工業(yè)及電器類(lèi)應用電源（3組CV輸出）等多個(gè)參考設計。這些革命性的高輸出精度單級多路輸出變換器的設計，一定會(huì )給工程師帶來(lái)新的設計選擇。