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在新的USB协议下，仅仅提供具有低功耗的紧凑高效的功率变换方案是不够的。新的USB电源协议要求在受电设备和电源之间进行精确的双向通信。USB PD使负载和电源能够设置多个功率和电压挡位，功率高达100W（现在甚至提出了更高的功率）。PPS初衷是为了适应电池技术的不断升级，同时前瞻性地允许充电中途调整输出参数。PPS支持输出以20mV或50mA微调。

为了实现先进的USB电源协议，除了反激式控制器外，设计工程师还需要使用专用的USB控制器或微控制器。这两个IC之间还需要低时延通信，确保整个解决方案符合USB协议。

化解难题

为了化解这些难题，设计工程师现在可以考虑选用内置USB PD控制器的高度集成的反激式开关IC产品系列。Power IntegraTIons的InnoSwitch™3-PD系列IC是适合于USB Type-C、PD和PPS适配器的集成度极高的解决方案，除了初级功率开关和多模态准谐振反激控制器外，同时还集成了USB-C和PD控制器（图1），以及初级侧检测电路、FluxLink™隔离数字控制和同步整流驱动器。根据具体的参数规格，设计工程师可以选择高压硅MOSFET或PowiGaN™功率开关。

图1：InnoSwitch3-PD可缩减物料清单（BOM）并简化USB-C PD和PPS适配器的设计

基于InnoSwitch3-PD IC的设计符合所有全球能效法规，其空载功耗低至14mW。这些设计效率高损耗少，无需使用尺寸大且成本高的散热片，有助于减小设计方案的外形尺寸并降低成本。Power IntegraTIons的FluxLink高速通信反馈链路支持快速、精确的次级侧调整。输入及输出电压监测可实现精确的电压缓升、跌落和输入过压保护，以及具有可对故障响应单独设定的输出过压和欠压故障检测。InSOP™-24D封装非常紧凑，尺寸仅为10.8mmx9.4mmx1.6mm。InnoSwitch3-PD产品系列包括三款内部集成650V硅MOSFET的IC和三款内部集成750V PowiGaN™氮化镓功率开关的IC（见表1）。

表1：InnoSwitch3-PD控制器适用于各种USB-C PD+PPD适配器功率水平和输入电压范围，共包括三款内部集成650V硅MOSFET的IC和三款内部集成750V PowiGaN氮化镓功率开关的IC

借助现成小型化方案，加快上市速度

为了快速启动小型化USB-C PD+PPS适配器和充电器的开发，并加快上市速度，设计工程师可以从涵盖30W、45W和60W应用的多种参考设计中进行选择。以下每个设计都采用了内部集成750V PowiGaN开关的IC；硅版开关的参考设计也有提供。它们都支持90至265VAC的输入电压范围，并满足DOE6和CoC v5 2016平均效率要求以及CISPR22/EN55022 Class B传导EMI限制。

DER-836：30W USB PD 3.0电源

该设计范例（图2）使用InnoSwitch3-PD INN3878C器件。这款适配器的尺寸为1.73” （44mm）×1.73” （44mm）×0.817” （21mm），功率密度为12.27W/in3（不含外壳）。该设计在230VAC下的空载输入功率《18mW。它只使用59个元件，有助于提高功率密度。支持以下USB PD/PPS输出性能：

·PDO1：5V/3A（固定供电）

·PDO2：9V/3A（固定供电）

·PDO3：12V/2.5A（固定供电）

·PDO4：15V/2.0A（固定供电）

·PDO5：20V/1.5A（固定供电）

·PDO6：3.3V–11V/3A（数字控制电源，30W限定功率）

·PDO7：3.3V–16V/2A（数字控制电源）

图2：参考设计DER-836仅使用59个元件，可提供30W输出功率

DER-837：45W USB PD 3.0电源

该设计范例（图3）使用InnoSwitch3-PD INN3879C器件。它仅需54个元件，可提供14.0W/in3的功率密度，其尺寸为1.89” （48mm）×1.81” （46mm）×0.94” （23.8mm）（不含外壳）。支持以下USB PD/PPS输出性能：

·PDO1：5V/5A（固定供电）

·PDO2：9V/5A（固定供电）

·PDO3：15V/3A（固定供电）

·PDO4：20V/2.25A（固定供电）

·PDO5：3.3V–11V/5A（数字控制电源，45W限定功率）

·PDO6：3.3V–16V/3A（数字控制电源）

·PDO7：3.3V–21V/2.25A（数字控制电源）

图3：参考设计DER-837仅使用54个元件，可提供45W输出功率

RDR-838：60W USB PD 3.0电源

该参考设计（图4）有61个元件，尺寸为2.24“ （57mm）×2.24” （57mm）×0.76“ （19.2mm），功率密度为15.7W/in3（不含外壳）。该设计采用INN3879C集成控制器，具有较少的USB PD/PPS输出性能：

·PDO1：5V/3A（固定供电）

·PDO2：9V/3A（固定供电）

·PDO3：15V/3A（固定供电）

·PDO4：20V/3A（固定供电）

·PDO5：3.3V–21V/3A（数字控制电源）

图4：参考设计RDR-838仅使用61个元件，可提供60W输出功率

总结

借助创新的InnoSwitch3-PD系列高度集成的反激式开关IC，设计工程师就会拥有一套新工具，可快速开发出高效且元件数量非常少的充电器和适配器，并且它们还具备完整的USB-C PD+PPS功能。这些功能完善的IC包括同时选择硅或PowiGaN集成功率开关版本。它们在输入和输出端受到全面保护，可实现具有传统设计所需元件一半的解决方案，同时仍提供低至14mW的空载功耗。它们采用超薄的InSOP-24D封装，适合高功率密度USB-C电源解决方案的批量生产。