電源適配器不斷提升的快充性能，已經成為各大品牌手機的性能亮點，不斷提升的性能背后是支持手機快充的電源適配器芯片的不斷創新。

PI最新推出的InnoSwitch4-Pro就是高性能數字化電源芯片的新標尺。從InnoSwitch3-Pro，到InnoSwitch4-CZ再到InnoSwitch4-Pro，可實現的最高輸出功率從100W提升到220W，其漏極峰值極限電流也從14A增加到26A，最大次級開關頻率從145kHZ提升到了194kHz。

InnoSwitch4-Pro延續了InnoSwitch4-CZ的眾多優點，集成一系列最新創新技術，引入具有多種智能保護功能的架構革新的控制引擎，更加拓展了對外部電路的適應性。在物料尺寸保持不變的情況下，輸出功率不斷突破極限，InnoSwitch4-Pro的最大輸出功率已經可以達到220W，為手機、平板電腦以及筆記本適配器市場帶來更好的高效、小型化且設計簡單的新體驗。以常用的筆記本電腦為例，供電功率在145W~200W之間，采用InnoSwitch4-Pro可以實現更小巧的便攜電源適配器的設計。

從工程師角度來看，InnoSwitch4-Pro采用氮化鎵PowiGaN技術、集成I2C接口的數字控制器，支持多種USB-PD協議。再配合MinE-CAP縮減電容尺寸的技術以及ClampZero有源鉗位技術，可以讓工程師做到完美巧妙地實現性能和成本的平衡。不僅能夠滿足更高的技術參數要求，還能降低系統綜合成本。

PI最令人印象深刻的是PowiGaN優異的性能參數和高度的智能化控制引擎。以InnoSwith4-Pro INN4677F為例，在標準環境溫度下的導通電阻最小可達0.145 歐姆，測試條件下漏極電容小于10pF。這樣的參數可以支持最高140 kHz的開關頻率，最大26A的峰值漏極電流。這樣可以在電源適配器中使用更小尺寸的變壓器，進而減輕電源重量，縮小電源尺寸。而非對稱驅動方式有源鉗位技術的采用可以保證電源在連續導通模式(CCM)和非連續導通模式(DCM)均可實現零電壓開關（ZVS），降低了開關損耗，最終整體電源可以實現超過95%的轉換效率。在電源適配器的設計中，功率電子元件高速通斷下的導通損耗是設計中熱管理的核心。當采用了導通電阻很低的氮化鎵開關后，可以大幅減小導通損耗，進而最大程度地減小了元件所需耗散的熱量。在使用PCB板散熱的條件下，損耗的降低得以保證IC在利用本體散熱的情況下輸出更大的額定輸出功率。同時也降低了設計中對散熱片、導熱材料的使用要求。這些綜合措施，使得采用InnoSwitch4-Pro 的電源適配器能夠在保持高性能的情況下做得更小巧、更耐用。良好的設計甚至可以實現安全不使用散熱片的產品。

PIInnoSwith4-Pro的另外一個特征就是高度集成的創新數字可編程控制引擎。InnoSwitch4-Pro系列產品在一次側集成了最高耐壓達750V的PowiGaN開關以及驅動器，通過滿足隔離要求的內置的磁感耦合反饋機制，將初級側和次級側的控制器鏈接起來（如下圖）。次級側的智能控制器通過I2C接口與外部的微控制器連接，可以實現豐富的控制功能。滿足USB-PD以及其它各種私有協議，同時也可滿足即將推出的中國通信標準化協會的UFCS融合快充協議。

InnoSwitch4-Pro是一款支持數字控制的離線恒壓/恒流零電壓開關(ZVS)反激式IC。與ClampZero芯片搭配可以實現有源鉗位反激設計。通過I2C總線與外部的微處理器通信，可以進行精準的電壓電流控制與設定，提供高精度的恒壓/恒流輸出。可實現10mV或者30mA檔位的電壓和電流精準調整。具有更全面的故障監測及功能設置，包括過溫保護、過電壓保護、故障情況下的自動重啟動、輸入欠壓/過壓監測、高壓側驅動延時設置、變頻軟起動模式設置、零電壓開關優化設置、連續導通模式(CCM)和非連續導通模式(DCM)設置等。這些靈活的設定方式適配更多的電路形式，進而滿足不同應用的特殊需求。這些完備的智能化，安全控制措施，完全集成在InnoSwitch4-Pro內，工程師可以按照PI提供的用戶手冊，通過I2C總線對相應的寄存器加以訪問設定，實現所需的具體規格及定制化的保護特性。

為充分發揮InnoSwitch4-Pro的智能化潛力，方便工程師快速設計滿足市場需求的電源適配器，PI還在官網提供了編號為DER-960開源設計范例。以InnoSwitch4-Pro芯片INN4375F為核心，配合ClampZero芯片CPZ1075M以及功率因數校正芯片PFS5274，再加上英集芯公司的USB Type-C PD協議控制器IP2726S，實現了100W輸出功率的 USB PD 3.0適配器設計。這個設計以InnoSwitch4-Pro INN4375F為核心的反激變換部分的電路圖如下圖。

輸入電壓范圍為90~ 265 VAC。固定輸出PDO包括5V / 5A、9V / 5A、12V / 5A、15V / 5A、20V / 5A；動態輸出范圍包括3.3V~21V / 5A (最大100 W)。這個設計方案的功率密度可達16.1W / in3，不含外殼的尺寸大小為3.42”x 2.04”x 0.89”。如下圖。

方案中的USB PD協議控制芯片為英集芯公司的IP2726S，實現了PD3.1的協議，如下圖。快充自動監測為快充PD3.1協議，支持PPS精細調壓，最大輸出功率63W。這個DER-960的硬件設計是最大可以支持100W的輸出功率，快充檢測器監測到微控制器芯片控制下，所實現的功能最大可以達到63W，這個數值可以通過為微控制器的指令安全的實現。高達140kHz的開關頻率，使得輸出的紋波系數非常小，VPP可以低至28mV。

范例設計DER-960在空間設計上比較分散，便于工程師量測評估整體方案特性。如果以這個方案為藍本，結合智能控制器的參數匹配可以實現多樣的定制化的其它設計。如下圖，在物料上做了優化，充分利用空間結構，加強散熱，可以實現如下更貼近實際商業化產品的范例設計方案。

在優化設計方案中，使用了更大輸出功率的InnoSwitch4-Pro芯片，無外殼工況下額定功率可達125W，PFC芯片額定輸出功率可達165W。設計中增加了散熱片和散熱填充劑以適應安裝在密封外殼內的125W額定功率要求。考慮到空間和成本，這個設計中并未采用有源鉗位版本的InnoSwitch4-Pro IC，而僅使用波谷開通的準諧振方式來降低初級開關的開通損耗。

對比DER-960設計方案的元件選擇變化如下，

這樣就實現了更高集成度的設計，如下圖所示。把DER-960（右側，最大輸出功率100W）、基于DER-960的優化設計（左下，最大輸出功率125W）、蘋果手機標準充電適配器（左上，輸出功率5W）放在一起對比，高功率輸出的InnoSwitch4-Pro方案，其尺寸精簡效果一目了然。

采用快充電壓電流監測儀測試如下圖，同樣監測出該設計支持快充協議，可以實現PPS調壓。經過優化以后的紋波系數表現更好。

經檢測，在這個快充芯片支持下，可以實現的5V，9V，12V，15V，20V的逐檔充電電壓調整，其中模式6還支持3.3~21V的分步電壓調整，最大可以支持3A的額定電流。實際的輸出電流是由充電負載決定的，在充電負載可以承受時，可以支持的最大電流應該可以達到5A，達到100W的輸出功率。

專注于電源適配器技術創新的PI在InnoSwitch4-Pro中，將PI多項技術進行高集成度整合，并采取吸納了多項產品的優勢，同時提供了成熟的參考設計，助力設計者快速開發，提供可以滿足最終用戶信賴的新產品。同時，更廣泛技術運用的發展前景尤其值得期待。需要強調的是，PI是目前唯一一家在功率器件當中集成了數字控制電路的半導體廠商。使得智能化、數字化電源的集成度達到了新高，為功率變換行業IC的研發樹立了新的標桿。

審核編輯 ：李倩