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導讀

看到這個標題，您可能會嚇一跳，沒有了DC-DC，電源成何體統？難道從AC直接給用電設備的各個部分直接供電？請您往下看。

功率變換是將電能從一種形式變換為另一種形式的過程，例如AC變換為DC，或高壓電變換為低壓電等。在電力、交通、工業等許多領域中，功率變換都是必不可少的環節。

提高功率變換效率對于實現低碳未來具有至關重要的作用。研究表明，除了可持續發展應用場景，如果能夠將功率變換效率提高37%，就可以實現超過三分之一的碳減排目標。這表明，在提高能源利用效率方面，功率變換是一個非常重要的領域。

為了實現這一目標，需要采取多種措施，例如研發更高效的功率變換器、優化功率變換過程、提高功率因數等。此外，還需要采用先進的能源管理技術和智能化技術，以提高能源利用效率和管理水平。

近日，Power Integrations（PI）在之前推出的InnoMux技術基礎上，進一步豐富了其產品線，新增了InnoMux-2 IC產品系列。在新品媒體溝通會上，PI資深技術培訓經理Jason Yan（閻金光）表示：

“采用新的IC拓撲的InnoMux-2是具有多路獨立穩壓輸出的全新開關IC產品系列。它采用氮化鎵IC將AC-DC和DC-DC變換級簡化為一個單級功率變換器，可將系統功率損耗降低高達50%，徹底改變了傳統多路輸出功率變換的功率架構，極大地改善多路輸出離線式電源變換的設計范式。” ?

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他特別提到，去掉了系統中的散熱器，既減少了材料用量，也減輕了系統重量。而生產1公斤鋁需要15kWh電量，相當于排放約3.1公斤的CO2；要將1公斤貨物運過太平洋需要22kWh電量，約排放4.5公斤的CO2，所以，提高效率的結果不僅僅是為了節能降本，對于控制氣候變化，促進可持續發展也具有重要意義。

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輕松應對多路輸出電源設計挑戰

現代生活中，用電設備無處不在，從手機到電視，從冰箱到電腦，都離不開電源。不過，多路輸出電源的設計存在著很多設計挑戰和局限性，為達到各路輸出電壓的穩定往往需要通過二次變換，使用第二級DC-DC，將單輸出反激變換器的輸出電壓變換成其它不同的電壓，為系統中不同的功能模塊電路進行供電。

Jason Yan解釋說：

“大多數現代嵌入式系統都需要依靠多個內部電壓軌運行各種功能，如計算（CPU、MCU或DSP）、通信（有線或無線）和執行功能（電機、燈具、加熱器、音箱喇叭）等，這些電源軌的電壓輸出包括小于5V到12V、24V甚至更高。在功率損耗方面，如果采用傳統的兩級變換方式，即前級反激電源加上后級的DC-DC，則系統每個變換級的損耗都會累加起來，從而降低整個系統的效率性能并產生熱量。” ?

在多路輸出的設計當中由于無法使輔助輸出的電壓穩定，所以要加第二極升壓或降壓型變換，以改善輸出穩定度，但這是以犧牲效率作為代價的。而且在空載時，由于電路的“峰值充電”效應，輸出電壓會飄高，此時需要在輸出端并聯一個假負載電阻，以壓低空載時的輸出電壓，這勢必會帶來電源整體效率的下降及空載功耗的增加。

總之，傳統的多輸出電源設計時需要面臨不同的挑戰，需要進行各種權衡：效率、空載功耗和輸出精度，無法做到三者同時滿足。

InnoMux-2 IC是第二代產品，第一代產品主要用于電視機和顯示器，新的第二代產品有了很大改善，并不只限于上述應用，而是覆蓋各種越來越復雜的電器設備的多軌供電需求。

該器件可以從容應對上述挑戰，因為它將AC-DC和后級DC-DC變換級整合到單個芯片中，成為單級拓撲架構，提供多達三個獨立的穩壓輸出或兩個恒壓（CV）輸出和一個恒流（CC）輸出，具有15-100W的輸出功率能力。新IC拓撲極大地改善了多路輸出離線式電源變換的設計，可以用更少的元件實現結構緊湊且高效的電源子系統。

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這樣做的好處在于，利用單級變換、零電壓開關（無需有源鉗位）、750V PowiGaN氮化鎵開關管和同步整流技術，可以將傳統的多路輸出電源的效率提高10%；無需輸出電壓泄放電路（假負載），進而可以將待機功耗改善20%；無需后級穩壓電路，可以將元件數目縮減約50%；每個輸出均具有反饋且進行單獨控制，使整個輸入電壓及負載范圍都可保持±1%的輸出精度。

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無泄放電阻有助于降低待機功耗

降低系統待機功耗對于節能減排、節約能源成本以及延長設備壽命都具有重要意義。能源之星和歐盟CE標識指令對設備功耗進一步進行了限制，對設備工作期間及待機狀態系統功耗的限值均更加嚴格。2023年4月，歐盟正式發布生態設計指令（EU）2023/826，將待機功耗從500mW降至300mW，相當于每年節省等量7300萬加侖的汽油。

Jason Yan解釋說，許多應用都涉及滿足待機限制的要求，而傳統降壓變換器和多路輸出電源在輕載和空載時由于“假負載”的使用會“燃燒”掉多余的能量，借以維持輸出電壓的穩定，因此必須使用后級穩壓器。這樣設計者不得不在接受較差的穩壓精度與增加額外的輸出負載之間做出抉擇。

在傳統的多路輸出電源當中，泄放電阻僅僅用來保證輸出穩壓精度，其功耗無法用于實現設備的待機功能，屬于一種“無效”工作方式。而現代電子系統功能越來越多，需要的待機負載需求也日益增加。假定待機效率為60%的情況下，如果留有10mW的裕量，對于300mW的輸入待機限值來講，能夠提供給負載使用的功率為170mW。如果電源方案中去除了“無效”的假負載泄放電路功耗，則可以有更多的可用功率用于實現系統的待機功能，改善設備的用戶體驗。

InnoMux-2 IC解決方案不使用泄放電路，在空載條件下仍可對輸出進行精確的控制。在1組CV和1組CC輸出的InnoMux-2設計中，在輸入電壓、負載條件的變化以及交叉調整率的各種工況下，12V輸出電壓的變化可滿足±1%的穩壓精度。?

InnoMux-2采用多種不同的CV+CC輸出配置組合，而每個輸出的監測反饋使得初級側每個開關周期中的能量都能夠根據需要在各輸出之間進行按需分配。其過程是次級側控制器經FluxLink向初級側發送開關請求，由低輸出的VCV1或低VLED電壓的輸出進行觸發；次級側母線中串聯的功率開關管可以將開關能量導引至所需的輸出端，而其它未發起開關請求的輸出則斷開與變壓器次級的連接；這樣即可保證失調輸出的電壓或電流的穩定。恒壓輸出的電壓監測是通過取樣電阻的方式連接至次級控制器，當其電壓低時即觸發一個開關請求信號；而恒流輸出的電流監測是通過電流檢測電阻檢測的，當電流下降時會發出一個開關請求信號，以確保LED燈串中的電流恒定。

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多種架構和多個級別支持不同類型應用

InnoMux-2方案支持各種輸出組合，適用于各種需要多組供電電壓的應用場景，包括：一路恒壓和一路恒流輸出的顯示器、電視機、智能家居和樓宇自動化、LED應急照明；兩路恒壓輸出的小家電、工業、儀表應用；三路恒壓輸出的工業電源、電器、電信、網絡設備；一路恒壓及最多8路恒流輸出的高端顯示器和家用電器應用。

Jason Yan以大尺寸顯示器應用為例介紹說，提供的兩組輸出（1組CV和1組CC LED驅動）InnoMux-2 IC結合IMX2065C或IMX2066C加IML204DG的芯片組，可以驅動4串LED燈串；如果再串接另一個IML204DG則可支持多達8串LED燈串的應用，可用于大尺寸顯示設備和具有照明功能的家用電器。

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他表示，InnoMux-2 IC支持多種電源架構和多個功率級別，目前已投入生產，首個客戶已經在量產。

利用PI Expert強大的在線設計工具以及PI為不同應用設計同時推出的多款參考設計，用戶可以迅速開發出適合自己應用的產品。這些參考設計包括：1組CV和1組CC輸出的52W電視機用電源設計DER-714；1組CV和4組CC輸出的23W顯示器電源設計DER-715；3組CV輸出的62W工業及電器類應用電源DER-716；以及即將推出的2組CV輸出的35W工業及電器類應用電源RDK-761。

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干掉DC-DC，徹底改變多輸出功率變換

歸納一下，相比傳統的兩級架構，InnoMux-2 IC的特色在于高度集成、元件數目少，占用PCB空間小，而且高效、精確。其多模式反激控制器、準諧振和零電壓開關（ZVS）、同步整流能力，可提供高達100W的輸出功率，獨有的低熱阻封裝可實現無散熱器的設計；并且在整個輸入電壓、負載范圍、溫度及負載電流跳變的條件下各組輸出滿足優于±3%的調整精度。

用該器件實現的多路輸出電源方案的滿載效率（從交流到穩壓的低壓直流輸出段）可超過90%，且在整個負載范圍保持高效；先進的InnoMux-2控制器還能管理輕載下的功率輸出，無需使用假負載電阻，即可將系統待機功耗輕易滿足300mW的限值要求，為一些需要執行必要功能的應用場景提供了更多的可用待機功率。

InnoMux-2器件采用PI高效散熱的InSOP24和InSOP28封裝，通過PCB散熱，無需散熱片。器件選項包括雙路輸出和三路輸出恒壓（CV）型號，以及其中一路輸出可專用于提供恒流（CC）驅動，適用于顯示器LED背光供電或內置電池快速充電場景，如果有更多路恒流控制的需求，則可采用芯片組的組合配置。

總之，InnoMux-2解決了傳統的多輸出電源所面臨的挑戰，如設計時需要權衡效率、 空載功耗和輸出精度，的確可以干掉DC-DC，令多輸出電源的設計更加簡單，同時實現結構緊湊且高效的電源子系統。該器件堪稱低待機應用的理想選擇，其多種CV和CC輸出組合、10-100W的輸出功率范圍，能夠支持廣泛的市場應用。

審核編輯：黃飛