（文/程文智）近期PI推出了一款內(nèi)置了USB PD控制器的InnoSwitch3-PD系列反激式開關(guān)IC，新的IC采用了超薄的InSOP-24D封裝，內(nèi)部集成了USB-C和PD控制器、高壓PowiGaN開關(guān)、多模式準(zhǔn)諧振反激式控制器、次級側(cè)檢測電路、FluxLink隔離式數(shù)字反饋電路和同步整流驅(qū)動器等功能電路。

據(jù)PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan介紹，InnoSwitch3-PD是一個簡化BOM的PD應(yīng)用方案，只需要單顆IC加一些外圍器件就能構(gòu)建一個PD快充解決方案，該IC可以直接連接到Type-C接口，并與外接設(shè)備進行通信，也就是說新的InnoSwitch3-PD講微控制器集成到了IC內(nèi)部。

高度集成的USB PD單芯片解決方案

根據(jù)PI公布的InnoSwitch3-PD快充方案原理圖，其BOM確實比較簡單，原因是InnoSwitch3-PD本身的集成度變高了，該芯片同時兼顧了功率器件和數(shù)字器件，內(nèi)部集成了高壓MOS管、還有兩個電源控制器、微控制器等。

在初級側(cè)，InnoSwitch3-PD集成了高壓MOS開關(guān)，且對于功率比較大的應(yīng)用場景，高壓MOS開關(guān)換成了GaN開關(guān)。支持多模式QR和CCM工作方式。

Jason談到多模式工作方式時特別之處，反激式電源應(yīng)用中還需要進行一些優(yōu)化，比如說當(dāng)電源工作在CCM模式下時，在初級側(cè)有個功率開關(guān)，次級側(cè)有一個同步整流開關(guān)，這兩個開關(guān)是不能同時開通的，如果同時開通了，電源就有可能會炸掉。

“我們用一個控制器同時控制兩個功率開關(guān)，這樣可以保證它們的時序不會出現(xiàn)兩個開關(guān)同時開通的情況。這樣就可以保證電源的可靠性?！盝ason對媒體表示。

圖：單芯片PD快充解決方案原理圖（來源：PI）

在次級側(cè)，InnoSwitch3-PD可以直接驅(qū)動同步整流開關(guān)，這樣做效率更高，也更加安全可靠。

在PD應(yīng)用中，輸出負載一般會有一個功率開關(guān)，只有當(dāng)Type-C接口有設(shè)備接入的時候，比如接上了手機，這個開關(guān)就會開通。而一旦檢測到是空載的情況時，開關(guān)就會關(guān)閉，輸出端將不會有電壓出現(xiàn)。InnoSwitch3-PD內(nèi)部集成了一個N通道負載開關(guān)驅(qū)動。同時，該芯片還提供了放電路徑，一旦負載拔掉后，電容上的電量就可以通過該內(nèi)部放電電路泄放掉，以保證輸出端始終是安全電壓。

InnoSwitch3-PD在次級側(cè)還集成了USB Type-C和PD控制器?？刂破鞯闹饕ぷ魇牵?/p>

一是負載類型的檢測，判斷負載是有源負載還是無源負載。

二是做E-marker電纜檢測，因為Type-C電纜有不同的輸出規(guī)格，支持5A及以上電流的電纜內(nèi)部需要放置一顆IC，目的是讓連接端的設(shè)備對電纜進行識別，如果電纜中有IC存在，就表明可以送出5A的電流。同時PD控制器也需要對電纜做出判別，判斷目前的電纜是只允許3A的電流輸出，還是可以做到5A。一般來說100W的PD快充就要做到20V/5A，此時電纜就一定要有E-marker芯片在內(nèi)。

此外，PD控制器還有一個作用，那就是對VBUS/VCONN開關(guān)進行控制。因為如果電纜中有E-marker芯片的話，就需要對其進行供電，VCONN就是這樣的一個供電端。Jason Yan特別指出，這里僅為一個供電電源，支持PPS，即可編程電源，可對電壓和電流進行精確的設(shè)定。

在CC1和CC2引腳上可進行代碼傳輸，額定電壓最大可達28V。其實，在PD應(yīng)用中，目前最高的電壓是20V，因此該電壓是安全的，如果有更高的電壓進來的話，它會提供OVP保護，內(nèi)部集成了VCONN供電。

Jason還特別提到一個有意思的點，那就是InnoSwitch3-PD內(nèi)部有一個溫度檢測輸入，可以檢測電源系統(tǒng)中每個地方的溫度，因為這個檢測元件是可以根據(jù)需要放置在任何地方的，如果放到整流管上，就能測量整流管的溫度，如果放在Type-C連接器上，就能檢測連接器的溫度。

對于PD的輸出電壓和電流，則可以根據(jù)CC1或者CC2的指令來設(shè)定。Jason表示，輸出電壓經(jīng)過VOUT檢測之后，進行閉環(huán)控制，可以做到非常精確，比如說你需要5.32V的電壓，PD電源就可以精確地調(diào)整到5.32V輸出。具體來說，在電壓方面，可做到3~24V之間可調(diào)，檔位壓差是10mV；恒流控制方面，電流可以在最大輸出值的20%~100%之間進行調(diào)整，電流的檔位是最大輸出值的0.8%。

Jason解釋說，電流和電壓都可以精確控制其實是有一個非常大好處的。他舉例說，手機在充電的時候，手機會發(fā)燙，原因一是電池在發(fā)熱，二是手機內(nèi)部有一個電源管理IC，該IC其實是一個DCDC降壓電路，它的作用是將充電器輸入進來的電壓降至電池所需要的電壓，而這個降壓過程其實是有損耗的，這個損耗就會以熱量的形式散發(fā)出來。

而如果輸入電壓和電流可以精確控制了的話，那么，手機中的這顆電源管理IC就可以省掉了。當(dāng)然，Jason也承認，目前并沒有手機廠商將這顆電源管理IC去掉，因為它們需要兼容不同的充電器，單不排除以后都是PD充電器時，會省掉該芯片。

相比其他解決方案所需總元件數(shù)更少

由于集成度提高了，總體方案所需要的元件數(shù)量也大幅降低。據(jù)Jason介紹，使用InnoSwitch3-PD的PD解決方案，不論是跟競爭對手相比，還是跟PI的前一代產(chǎn)品相比，所需要的總原件數(shù)量都降低了。

他拿一款60W的PD快充解決方案舉例，新的InnoSwitch3-PD在初級側(cè)需要35顆元件、次級側(cè)需要16顆元件、USB-PD接口端需要9顆元件，全部加起來是60顆元件。而PI前一代產(chǎn)品的數(shù)量是79，競爭對手的解決方案甚至到了124顆。

Jason還強調(diào)，這還不是最低的，如果是做20W的PD快充，其實只需要44顆元件就能搞定。

“元件數(shù)量的降低，并不表示性能降低了，我們的解決方案效率最高可達95%，空載功耗低至14mW、輸出功率可達100W，且無需散熱片。”他自豪地表示。

InnoSwitch3-PD適用于快充應(yīng)用的主要特性

InnoSwitch3-PD是專為PD快充應(yīng)用打造的，首先，其內(nèi)部集成的USB PD控制器支持USB PD 3.0+PPS和QC4.0協(xié)議，具有一次性可編程（OTP）存儲器；其次，其內(nèi)部集成的Type-C控制器可簡化設(shè)計，它符合USB Type-C Rev. 1.3標(biāo)準(zhǔn)（上拉電流源用于負載和線纜檢測，VCONN供電用于電子標(biāo)簽線纜），CC1/CC2具有過壓保護；三是該芯片提供所有必須的USB-PD和PPS功能，省去了軟件和接口電路的開發(fā)時間和成本；四是具備用于NTC電阻的專用溫度檢測引腳。

在輸出功率方面，最高可支持100W輸出。根據(jù)PI提供的信息，在最大輸出功率為40W或45W以下時，可選用內(nèi)置MOS開關(guān)的INN3865C、INN3866C、INN3867C這三個型號；如果輸出功率在55W以上，建議選用內(nèi)置PowiGaN開關(guān)的INN3878C、INN3879C及INN3870C幾個型號。

為了滿足不同的市場需求，InnoSwitch3-PD提供了多款元件型號，可適用于PDO和APDO的各種應(yīng)用場景。

最后，Jason還特別介紹了PI的兩個參考設(shè)計DER-837和RDR-838。其中DER-837是一款45W的PD3.0+PPS解決方案，元件數(shù)量是54，空載輸入功耗小于20mW，與DOE6和CoC v5 2016標(biāo)準(zhǔn)相比有高出2.5%以上的裕量。

RDR-838則是一款60W的PD 3.0+PPS解決方案，元件數(shù)量是61，空載輸入功耗小于35mW，與DOE6和CoC v5 2016標(biāo)準(zhǔn)相比有高出2%以上的裕量。

結(jié)語

總的來說，PI延續(xù)了其一貫的策略，就是幫助客戶較少BOM表中的元件數(shù)量，InnoSwitch3-PD也不例外，接下來就看客戶的接受程度如何了。