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）正在做的一項創新，PI在InnoMux產品發表時，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壓輸出，適合于白色家電、工業系統、顯示器以及其他需要多組供電電壓的應用場景。相較于傳統的兩級架構，無需使用單獨的DC-DC變換級，可減少元件數目，減小PCB占板尺寸，實現高達10%的效率提升。

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

傳統多路輸出的挑戰

PI資深技術培訓經理閻金光表示，在多路輸出拓撲中，二級DC-DC變換器設計存在著諸多難以調和的挑戰，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定。由于輔助輸出沒有反饋電路，只能根據圈數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生較大的波動，導致穩壓精度下降。

而針對效率問題，為了提高輔助輸出的穩壓精度，需要添加二級DC-DC變換器，考慮到二級變換也有損耗，因此該結構勢必會降低效率，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定性，通常需要添加假負載電阻，拉低空載狀態下的輸出電壓，但假負載電阻會增加電源的空載功耗。

閻金光總結的不同多路輸出方案的優勢比對，很難有一個方案可以有效兼顧所有

InnoMux-2能量多路傳輸的奧妙

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于±3%的調整精度。電源系統的總效率（從交流到穩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用框圖

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

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出逐周期能量請求。然后對CDR1 FET開關進行控制，使需要傳遞的能量包發送到合適的鏈路中。

該方案類似于傳統的多路輸出反激變換器。但是，在傳統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比相對固定。缺點包括輸出之間的交叉調整率不佳，表現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”。此類交叉調整率挑戰正是使用DC-DC變換器的多級變換器通常是系統設計者的唯一選擇，也是需要使用假負載電阻的主要原因。

交叉調整率互相影響結果

而InnoMux-2采用“能量多路傳輸”的概念，根據即時需求將能量多路傳輸到各個輸出，可對每個輸出提供精確、獨立的調整。此外，此功能還可以實現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的，它允許在恒流輸出上進行2:1的電壓調整，并對每個單獨的輸出電壓/電流進行獨立調整，甚至進行動態調節。

另外，閻金光表示，InnoMux-2能量傳遞采用了脈沖共享技術，利用高頻分批發送能量，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勢，可以輕松滿足歐洲用電產品(EuP)指令規定的低于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。

從屏幕到萬物應用

InnoMux第一代只適用于電視等具有LED應用的場景，而InnoMux-2支持多種電源架構和多個功率級別，從而應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)驅動，適合為顯示器中的LED背光供電或為內置電池提供快速充電，而InnoMux2-BL與IML204DG搭配可以實現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、儀表等；三路恒壓輸出適合工業類、電器、電信、網絡；一路恒壓及最多八路的恒流輸出適合高端顯示器、電器等。

不同的功率產品組合

總結

正如PI產品開發副總裁Roland Saint-Pierre表示：“大多數現代電子系統都依靠多個內部電壓來運行各種功能，如計算、通信和執行功能（通常是加熱、發光、發聲或某種運動功能）。但每個變換級的損耗都會累加起來，從而降低整個系統的性能并產生熱量。InnoMux-2 IC可輕松克服這一挑戰，因為它采用一個單級的架構，即可提供多達三個獨立的穩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結構緊湊且高效的電源子系統?！?/p>

目前InnoMux一代已經被廣泛應用于顯示器、電視、家用電器等行業，證明了PI獨創的能量多路傳輸的重要性。InnoMux-2通過一系列改良和升級，適合更多的垂直類行業應用，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用。

未來，多級DC-DC功率架構真的可能會被InnoMux所替代。