DC-DC變換器正在從即將消亡到開始被替代

這并不是一個危言聳聽的題目，而是Power Integrations（PI）正在做的一項創(chuàng)新，PI在InnoMux產(chǎn)品發(fā)表時，同時推出了一篇名為《DC-DC變換器即將走向消亡？》的白皮書，而隨著日前InnoMux-2的推出，DC-DC變換器也許真的要被替代了。

PI日前宣布推出InnoMux-2系列單級獨立穩(wěn)壓的多路輸出離線式電源IC。InnoMux-2 IC將AC-DC和后級DC-DC變換級整合到單個芯片中，提供多達三個獨立穩(wěn)壓輸出，適合于白色家電、工業(yè)系統(tǒng)、顯示器以及其他需要多組供電電壓的應(yīng)用場景。相較于傳統(tǒng)的兩級架構(gòu)，無需使用單獨的DC-DC變換級，可減少元件數(shù)目，減小PCB占板尺寸，實現(xiàn)高達10%的效率提升。

PI此前在推出InnoMux一代時表示，具有多路獨立穩(wěn)壓輸出的新型反激控制技術(shù)正在消除某些應(yīng)用中的DC-DC變換器，而今，隨著二代產(chǎn)品提升了集成度之后，這一方案可以在更廣闊范圍內(nèi)消除DC-DC變換器。

傳統(tǒng)多路輸出的挑戰(zhàn)

PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光表示，在多路輸出拓撲中，二級DC-DC變換器設(shè)計存在著諸多難以調(diào)和的挑戰(zhàn)，包括效率、空載功耗以及輸出精度，三者無法被同時滿足。

具體而言，在穩(wěn)壓精度方面，多路輸出電源中，通常只有主輸出配備有反饋電路，可以保持輸出電壓的穩(wěn)定。由于輔助輸出沒有反饋電路，只能根據(jù)圈數(shù)比來跟蹤主輸出電壓的變化，變壓器繞組的耦合程度不同。因此，當負載變化時，輔助輸出電壓可能會產(chǎn)生較大的波動，導(dǎo)致穩(wěn)壓精度下降。

而針對效率問題，為了提高輔助輸出的穩(wěn)壓精度，需要添加二級DC-DC變換器，考慮到二級變換也有損耗，因此該結(jié)構(gòu)勢必會降低效率，并且還會增加成本、高頻噪聲以及空載損耗。

另外看一下空載功耗，為了保證空載時輔助輸出電壓的穩(wěn)定性，通常需要添加假負載電阻，拉低空載狀態(tài)下的輸出電壓，但假負載電阻會增加電源的空載功耗。

閻金光總結(jié)的不同多路輸出方案的優(yōu)勢比對，很難有一個方案可以有效兼顧所有

InnoMux-2能量多路傳輸?shù)膴W妙

InnoMux-2可提供高達90W的輸出功率，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%；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，可將空載功耗降至30mW以下。

恒壓恒流輸出典型應(yīng)用框圖

閻金光詳細介紹了InnoMux-2是如何實現(xiàn)多路輸出的，如圖中所示。初級側(cè)和次級側(cè)之間通過Fluxlink隔離，初級側(cè)集成了GaN開關(guān)及控制電路。

包括VCV1、VLED都有反饋電路，得到反饋后，可在任何輸出需要額外功率時，使用FluxLink通信鏈路對初級控制器發(fā)出逐周期能量請求。然后對CDR1 FET開關(guān)進行控制，使需要傳遞的能量包發(fā)送到合適的鏈路中。

該方案類似于傳統(tǒng)的多路輸出反激變換器。但是，在傳統(tǒng)的多路輸出反激變換器中，輸出電壓通過變壓器輸出繞組圈數(shù)比相對固定。缺點包括輸出之間的交叉調(diào)整率不佳，表現(xiàn)為重載輸出上的電壓通常會下降，而輕載或空載輸出上的電壓則傾向于增大或“峰值充電”。此類交叉調(diào)整率挑戰(zhàn)正是使用DC-DC變換器的多級變換器通常是系統(tǒng)設(shè)計者的唯一選擇，也是需要使用假負載電阻的主要原因。

交叉調(diào)整率互相影響結(jié)果

而InnoMux-2采用“能量多路傳輸”的概念，根據(jù)即時需求將能量多路傳輸?shù)礁鱾€輸出，可對每個輸出提供精確、獨立的調(diào)整。此外，此功能還可以實現(xiàn)一些非常獨特的電源特性。例如，可以控制部分輸出以提供恒定的輸出電壓，可以控制另一部分輸出以提供恒定的輸出電流，在實際應(yīng)用中，這樣可進一步控制LED顯示屏背光或電池充電輸出。恒流負載必須根據(jù)負載條件改變輸出電壓， 以保持恒定的負載電流， 而恒壓輸出電壓必須保持固定。這是通過逐周期能量多路傳輸實現(xiàn)的，它允許在恒流輸出上進行2:1的電壓調(diào)整，并對每個單獨的輸出電壓/電流進行獨立調(diào)整，甚至進行動態(tài)調(diào)節(jié)。

另外，閻金光表示，InnoMux-2能量傳遞采用了脈沖共享技術(shù)，利用高頻分批發(fā)送能量，且智能的分配給其他需要能量的電源軌，這樣就避免了變壓器的低頻噪聲問題。

對于精度問題，負載階躍為 0%-100%-0% 時，可保證優(yōu)于±5%的CV精度。

值得注意的是，InnoMux沒有泄放電路，使其具有極大的低待機功耗優(yōu)勢，可以輕松滿足歐洲用電產(chǎn)品(EuP)指令規(guī)定的低于300mW待機功耗標準。

如圖所示，泄放電路的待機功耗幾乎等于MCU功耗，遠高于其他組件。

從屏幕到萬物應(yīng)用

InnoMux第一代只適用于電視等具有LED應(yīng)用的場景，而InnoMux-2支持多種電源架構(gòu)和多個功率級別，從而應(yīng)用于各類對低待機功耗有要求的場景中。器件選項包括雙路輸出和三路輸出恒壓(CV)型號；或者，其中一路輸出可專用于提供恒流(CC)驅(qū)動，適合為顯示器中的LED背光供電或為內(nèi)置電池提供快速充電，而InnoMux2-BL與IML204DG搭配可以實現(xiàn)一路恒壓及至多八路恒流輸出。

比如一路恒壓和一路恒流輸出，適合顯示器、電視、家居自動化、照明等；兩路恒壓輸出適合小家電、工業(yè)、儀表等；三路恒壓輸出適合工業(yè)類、電器、電信、網(wǎng)絡(luò)；一路恒壓及最多八路的恒流輸出適合高端顯示器、電器等。

不同的功率產(chǎn)品組合

總結(jié)

正如PI產(chǎn)品開發(fā)副總裁Roland Saint-Pierre表示：“大多數(shù)現(xiàn)代電子系統(tǒng)都依靠多個內(nèi)部電壓來運行各種功能，如計算、通信和執(zhí)行功能（通常是加熱、發(fā)光、發(fā)聲或某種運動功能）。但每個變換級的損耗都會累加起來，從而降低整個系統(tǒng)的性能并產(chǎn)生熱量。InnoMux-2 IC可輕松克服這一挑戰(zhàn)，因為它采用一個單級的架構(gòu)，即可提供多達三個獨立的穩(wěn)壓輸出或者兩個恒壓輸出和一個恒流輸出，從而可以以更少的元件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊且高效的電源子系統(tǒng)。”

目前InnoMux一代已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于顯示器、電視、家用電器等行業(yè)，證明了PI獨創(chuàng)的能量多路傳輸?shù)闹匾浴nnoMux-2通過一系列改良和升級，適合更多的垂直類行業(yè)應(yīng)用，相信隨著對于效率、精度以及待機功耗的要求不斷提升，InnoMux-2勢必會得到更為廣泛的應(yīng)用。

未來，多級DC-DC功率架構(gòu)真的可能會被InnoMux所替代。