開關(guān)電源多路輸出電源的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

幾乎市面上所有的嵌入式系統(tǒng)都會(huì)用到多路輸出電源，包括常見的多路輸出線性電源和多路輸出開關(guān)電源。

比如冰箱系統(tǒng)中，制冰需要25VDC供電，主控MCU需要3.3VDC或5VDC供電，顯示背光板需要恒流的30VDC供電;電視機(jī)系統(tǒng)中，邏輯電路需要5VDC供電，逆變/調(diào)諧電路需要±12VDC供電，音頻需要24VDC供電，顯示背光板需要恒流的60VDC供電。

有時(shí)候，我們?cè)谏钪锌吹诫娫聪到y(tǒng)是單路輸出的，比如我們的手機(jī)充電器只輸出5VDC，但事實(shí)上我們的手機(jī)內(nèi)部集成了PMIC，它會(huì)做到二次分配，將單路的DC電源二次變換成多路輸出電源，包括4VDC、3.5VDC、3.1VDC、1.7VDC等。

換言之，當(dāng)前市場(chǎng)上傳統(tǒng)的多路輸出電源多采用的是“單路輸出反激式電源+多個(gè)降壓/升壓變換器”的方案，這種二次變換的電源通常效率不佳，且成本較高。而如果我們采用單級(jí)多路輸出，雖然成本和效率方面更占優(yōu)勢(shì)，但是在空載功耗或輸出精度方面又有所欠缺。所以在傳統(tǒng)的多路輸出電源設(shè)計(jì)過程中，工程師們總要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)權(quán)衡效率、空載功耗和輸出精度這三大挑戰(zhàn)。

圖 | 傳統(tǒng)的多輸出電源所面臨的挑戰(zhàn)

舉個(gè)例子，如下圖所示，傳統(tǒng)多路輸出反激式開關(guān)電源往往僅對(duì)主輸出進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)，從圖中可以看到主輸出是有反饋調(diào)節(jié)電路的，但是輔助輸出是沒有的。

圖 | 多路輸出電源的電路結(jié)構(gòu)

所以，在傳統(tǒng)多路輸出反激式開關(guān)電源方案中，雖然很容易添加輔助輸出，但是這些輔助輸出是不受控的，一旦不受控就會(huì)給輸出電壓帶來(lái)一些問題，包括負(fù)載的變化、輸入電壓的變化、其他路輸出負(fù)載的變化、產(chǎn)線誤差和溫度的變化、變壓器一致性問題等，都會(huì)帶來(lái)該路輔助輸出電壓的變化，如輕負(fù)載時(shí)輸出電壓會(huì)急劇增加等。綜合以上因素，輔助輸出電源通道的電壓變化甚至?xí)_(dá)到20%以上。

圖 | 傳統(tǒng)多路輸出反激式開關(guān)電源輸出電壓隨輸出負(fù)載變化的跟隨情況，來(lái)源：Power Integrations

當(dāng)然，我們也可以給輔助輸出也增加“加權(quán)反饋”，來(lái)改善其穩(wěn)壓精度，但對(duì)于輕負(fù)載的情況還是會(huì)存在電壓漂高的問題，通?？梢圆捎迷黾蛹儇?fù)載來(lái)調(diào)節(jié)，不過增加了假負(fù)載后，待機(jī)功耗又會(huì)上來(lái)，因此是選擇穩(wěn)壓精度還是待機(jī)功耗，二者不可兼得。

面對(duì)這種情況，PI(Power Integrations)公司今日推出了InnoMux-2?系列單級(jí)獨(dú)立穩(wěn)壓的多路輸出離線式電源IC。

InnoMux-2 IC將初級(jí)AC-DC和后級(jí)DC-DC變換級(jí)整合到單個(gè)芯片中，可提供多達(dá)三個(gè)獨(dú)立穩(wěn)壓輸出，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：白色家電、工業(yè)系統(tǒng)、顯示器以及其他需要多組供電電壓的應(yīng)用場(chǎng)景，如：電視機(jī)、顯示器、家電、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、智能家居和樓宇自動(dòng)化、LED應(yīng)急照明以及工業(yè)電源。

圖 | 每個(gè)開關(guān)周期中的能量根據(jù)需要在輸出之間進(jìn)行分配，

PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan表示：“相較于傳統(tǒng)的兩級(jí)架構(gòu)，InnoMux-2無(wú)需使用單獨(dú)的DC-DC變換級(jí)，所以可以減少元件數(shù)目的使用，減小PCB占板尺寸，并將效率提高多達(dá)10%。”

此外，InnoMux-2還采用了750V PowiGaN?氮化鎵開關(guān)管、零電壓開關(guān)(無(wú)需有源鉗位)和同步整流技術(shù)，這些都有助于效率的進(jìn)一步提高。

在帶載能力方面，InnoMux-2可提供高達(dá)90W的輸出功率，并且在整個(gè)輸入電壓、負(fù)載范圍、溫度及負(fù)載電流跳變的條件下滿足優(yōu)于±3%的調(diào)整精度。電源系統(tǒng)的總效率(從交流到穩(wěn)壓的低壓直流輸出段)可超過90%。

圖 | InnoMux-2采用脈沖共享引導(dǎo)能量提供精確的輸出控制

同時(shí)，InnoMux-2控制器還能管理輕載下的功率輸出，無(wú)需使用假負(fù)載電阻，可將空載功耗降至30mW以下。而歐洲用電產(chǎn)品(EuP)指令規(guī)定的待機(jī)功耗標(biāo)準(zhǔn)為低于300mW，這就為某些需要執(zhí)行必要功能的應(yīng)用場(chǎng)景提供了更多的可用待機(jī)功率。

在封裝方面，InnoMux-2采用了Power Integrations高效散熱的InSOP?24和InSOP?28封裝，可通過PCB進(jìn)行散熱，因此無(wú)需散熱片。

在多路輸出方面，InnoMux-2輸出選項(xiàng)包括：雙路輸出和三路輸出恒壓(CV)型號(hào)，或者其中一路輸出可專用于提供恒流(CC)驅(qū)動(dòng)，適合為顯示器中的LED背光供電或?yàn)閮?nèi)置電池提供快速充電。

圖 | InnoMux-2方案支持各種輸出組合

在供貨方面，根據(jù)PI提供的消息，InnoMux-2系列已開始供貨，其中InnoMux-2 IMX2174F器件基于50,000片的訂貨量單價(jià)為每片1.11美元。

圖 | InnoMux-2型號(hào)，