开关电源适配器 开关电源线路图

日前，PI公司宣布推出InnoSwitch4-Pro系列支持数字控制的离线恒压/恒流零电压开关(ZVS)反激式IC，可大幅缩减电源适配器的尺寸。该产品结合了PowiGaN氮化镓技术，以及数字编程功能，可高效、灵活的满足如今适配器对于多协议、灵活性、高效紧凑的需求，最高可实现220W高功率输出。

PI产品营销经理Aditya Kulkarni表示：“InnoSwitch4-Pro IC可与PI的ClampZero系列有源钳位IC无缝衔接，在连续导通模式(CCM)和非连续导通模式(DCM)下实现ZVS。ZVS与我们的PowiGaN技术相结合，几乎消除了开关损耗。其超过95%的效率，使设计人员能够省去热管理通常需要的散热片、导热片和灌封材料。”

数字可编程的需求

目前，快充依然处于快速发展期，同时依然是各家手机企业的差异化竞争点之一。因此除了USB-PD之外，还有很多私有协议存在于市场中，甚至是主流应用。

在这种私有协议广泛存在下，国产手机适配器无法彼此兼容，如果手机使用其它厂商的充电头，充电功率就会迅速下降，充电速度也会降低，从而降低用户体验。也正因此，中国通信标准化协会制定了UFCS融合快充协议，协调考虑现存的中国专有的一些快充标准，打造一套统一的行业标准。该标准下定义的功率范围从45至65W，未来将规划扩展至200W，截止目前，已经有一批企业率先宣布推出支持该协议的适配器。

支持数字控制的InnoSwitch4-Pro正是为满足多协议需求而生，可支持包括OEM原装、非原装USB PD和通用快充技术规范(UFCS)适配器市场。内置的数字编程技术，可以优化客户的开发周期，并可轻松设计出满足多协议的适配器产品。由于采用了PowiGaN氮化镓技术，相比于带I2C接口的InnoSwitch3-Pro，实现了超过一倍以上更大功率的支持。

InnoSwitch4-Pro通过I2C总线即可与微处理器进行精准的电压电流控制与设定，提供高精度的恒压/恒流输出，支持10mV或者30mA电压和电流精准调整，从而满足不同协议规范要求。同时，其针对命令集进行了优化，以减少I2C的数据流，从而提升响应速度。同时，产品也拥有更全面的故障监测及遥测报告功能。

并且，该产品也可以输出3.6V Vcc为MCU供电，方便与MCU搭配。

总而言之，这种数字可编程电源芯片的好处是不再受协议限制，设计相对较简单，同时将更多的数字功能放在电源管理芯片中，也可以降低MCU的需求。

更高功率密度的需求

更小尺寸，更高功率密度是适配器市场共同追求目标，在迈向更高功率密度的道路上，PI始终在引领潮流。其于2021年率先推出InnoSwitch4-CZ系列高频率、零电压开关(ZVS)反激式开关IC，并选择Anker成为其独家首发合作伙伴，此后陆续获得多家厂商的选择，并取得了优秀的市场表现。

如今，InnoSwitch4-Pro延续了InnoSwitch4-CZ的大部分优点。

首先是内部采用了久经考验的750V PowiGaN技术的开关，这也使PI近年来在适配器市场屡创佳绩的最主要技术，透过高频的宽禁带半导体，实现了更高工作频率，更低功耗以及更高的功率密度。

此外，InnoSwitch4-Pro还集成了初级和次级控制器、ClampZero接口、同步整流以及符合安全标准的反馈电路。高达140kHz的稳态开关频率可减小变压器尺寸，并且，如今无论是芯片还是设计工具，都已开始支持平面变压器，从而进一步减小变压器及系统尺寸。

InnoSwitch4-Pro同样可以与PI采用氮化镓技术的ClampZero有源钳位IC配套使用。PI资深技术培训经理阎金光解释道，有源钳位可以将漏感中的能量储存起来，可以透过变压器传递至次级侧。并利用漏感的能量实现震荡，从而实现ZVS（零电压）开通，减少高频氮化镓FET的开关损耗。相比传统钳位电路以热量消散漏感能量相比，实现了更高的效率。除了搭配ClampZero之外，该产品还支持准谐振模式，可进一步压缩方案体积并减少成本。

该产品还可以进一步与MinE-CAP技术结合，从而进一步提升效率，最多可达95%。

同时，InnoSwitch4-Pro同时兼容CCM与DCM两种工作方式。并且可选的仅DCM的工作方式可降低SR（同步整流）FET的电压应力，可以削减SR FET的成本或提高SR FET的裕量。

“PI用一个控制器控制包括ClampZero开关，初级侧功率开关以及同步整流开关，可以实现较高集成度，同时最精确的控制时序，从而提高系统整体效率和可靠性。”阎金光总结道。

更低的待机功耗

除了高达95%的转换效率之外，更低的待机功耗也是PI突出的优点，这可以极大减少适配器的日常损耗，从而轻松满足节能标准。在外接MCU的情况下，依然可以保持整个系统功耗小于30mW。

InnoSwitch4-Pro集成了负载检测功能，只有在有负载的情况下，NMOS开关才会打开，适配器开始工作，确保了可靠性和低功耗。

完整的参考设计

为了帮助客户快速掌握产品开发，PI目前专门提供了两款参考设计。一个是包括InnoSwitch4-Pro、ClampZero、HiperPFS-5和英集芯USB Type-C PD控制器，ZVS模式的100 W USB PD 3.0+PPS电源。另外一个则是不带PFC的，65W USB PD 3.0+PPS电源。

100W的高效，紧凑输出

通过集成再创新

近年来，PI在AC/DC适配器市场推出了一系列的创新，从磁隔离的Fluxlink，到革新控制引擎的InnoSwitch3，再到氮化镓PowiGaN技术、带有I2C接口的数字控制器InnoSwitch3-Pro以及之后支持USB-PD协议的InnoSwitch3-PD，MinE-CAP电容技术，ClampZero有源钳位，以及高集成度的InnoSwitch4-CZ，HyperPFS-5 PFC控制器以及HiperLCS-2 LLC离线LLC开关IC芯片组等等。

这一系列创新，都是源于PI在适配器领域的深耕。而今，InnoSwitch4-Pro再次将PI多项技术进行高集成度整合，并采取吸纳了多项产品的优势。比如PowiGaN宽禁带半导体工艺、InnoSwitch3-Pro的数字通信功能，InnoSwitch4-CZ的ZVS控制算法，更高的开关频率，并支持新的ClampZero有源钳位设计等优秀且久经市场考验的产品特性。同时，在前代产品的基础上，还增加了额外的故障保护特点及增强特性。

相信通过一系列的创新，InnoSwitch4-Pro将会为手机、平板电脑以及笔记本适配器市场带来更好的高效、小型化且设计简单的新体验。