DC-DC变换器正在从即将消亡到开始被替代

这并不是一个危言耸听的题目，而是Power Integrations（PI）正在做的一项创新，PI在InnoMux产品发表时，同时推出了一篇名为《DC-DC变换器即将走向消亡？》的白皮书，而随着日前InnoMux-2的推出，DC-DC变换器也许真的要被替代了。

PI日前宣布推出InnoMux-2系列单级独立稳压的多路输出离线式电源IC。InnoMux-2 IC将AC-DC和后级DC-DC变换级整合到单个芯片中，提供多达三个独立稳压输出，适合于白色家电、工业系统、显示器以及其他需要多组供电电压的应用场景。相较于传统的两级架构，无需使用单独的DC-DC变换级，可减少元件数目，减小PCB占板尺寸，实现高达10%的效率提升。

PI此前在推出InnoMux一代时表示，具有多路独立稳压输出的新型反激控制技术正在消除某些应用中的DC-DC变换器，而今，随着二代产品提升了集成度之后，这一方案可以在更广阔范围内消除DC-DC变换器。

传统多路输出的挑战

PI资深技术培训经理阎金光表示，在多路输出拓扑中，二级DC-DC变换器设计存在着诸多难以调和的挑战，包括效率、空载功耗以及输出精度，三者无法被同时满足。

具体而言，在稳压精度方面，多路输出电源中，通常只有主输出配备有反馈电路，可以保持输出电压的稳定。由于辅助输出没有反馈电路，只能根据圈数比来跟踪主输出电压的变化，变压器绕组的耦合程度不同。因此，当负载变化时，辅助输出电压可能会产生较大的波动，导致稳压精度下降。

而针对效率问题，为了提高辅助输出的稳压精度，需要添加二级DC-DC变换器，考虑到二级变换也有损耗，因此该结构势必会降低效率，并且还会增加成本、高频噪声以及空载损耗。

另外看一下空载功耗，为了保证空载时辅助输出电压的稳定性，通常需要添加假负载电阻，拉低空载状态下的输出电压，但假负载电阻会增加电源的空载功耗。

阎金光总结的不同多路输出方案的优势比对，很难有一个方案可以有效兼顾所有

InnoMux-2能量多路传输的奥妙

InnoMux-2可提供高达90W的输出功率，并且在整个输入电压、负载范围、温度及负载电流跳变的条件下满足优于±3%的调整精度。电源系统的总效率（从交流到稳压的低压直流输出段）可超过90%；先进的InnoMux-2控制器还能管理轻载下的功率输出，无需使用假负载电阻，可将空载功耗降至30mW以下。

恒压恒流输出典型应用框图

阎金光详细介绍了InnoMux-2是如何实现多路输出的，如图中所示。初级侧和次级侧之间通过Fluxlink隔离，初级侧集成了GaN开关及控制电路。

包括VCV1、VLED都有反馈电路，得到反馈后，可在任何输出需要额外功率时，使用FluxLink通信链路对初级控制器发出逐周期能量请求。然后对CDR1 FET开关进行控制，使需要传递的能量包发送到合适的链路中。

该方案类似于传统的多路输出反激变换器。但是，在传统的多路输出反激变换器中，输出电压通过变压器输出绕组圈数比相对固定。缺点包括输出之间的交叉调整率不佳，表现为重载输出上的电压通常会下降，而轻载或空载输出上的电压则倾向于增大或“峰值充电”。此类交叉调整率挑战正是使用DC-DC变换器的多级变换器通常是系统设计者的唯一选择，也是需要使用假负载电阻的主要原因。

交叉调整率互相影响结果

而InnoMux-2采用“能量多路传输”的概念，根据即时需求将能量多路传输到各个输出，可对每个输出提供精确、独立的调整。此外，此功能还可以实现一些非常独特的电源特性。例如，可以控制部分输出以提供恒定的输出电压，可以控制另一部分输出以提供恒定的输出电流，在实际应用中，这样可进一步控制LED显示屏背光或电池充电输出。恒流负载必须根据负载条件改变输出电压， 以保持恒定的负载电流， 而恒压输出电压必须保持固定。这是通过逐周期能量多路传输实现的，它允许在恒流输出上进行2:1的电压调整，并对每个单独的输出电压/电流进行独立调整，甚至进行动态调节。

另外，阎金光表示，InnoMux-2能量传递采用了脉冲共享技术，利用高频分批发送能量，且智能的分配给其他需要能量的电源轨，这样就避免了变压器的低频噪声问题。

对于精度问题，负载阶跃为 0%-100%-0% 时，可保证优于±5%的CV精度。

值得注意的是，InnoMux没有泄放电路，使其具有极大的低待机功耗优势，可以轻松满足欧洲用电产品(EuP)指令规定的低于300mW待机功耗标准。

如图所示，泄放电路的待机功耗几乎等于MCU功耗，远高于其他组件。

从屏幕到万物应用

InnoMux第一代只适用于电视等具有LED应用的场景，而InnoMux-2支持多种电源架构和多个功率级别，从而应用于各类对低待机功耗有要求的场景中。器件选项包括双路输出和三路输出恒压(CV)型号；或者，其中一路输出可专用于提供恒流(CC)驱动，适合为显示器中的LED背光供电或为内置电池提供快速充电，而InnoMux2-BL与IML204DG搭配可以实现一路恒压及至多八路恒流输出。

比如一路恒压和一路恒流输出，适合显示器、电视、家居自动化、照明等；两路恒压输出适合小家电、工业、仪表等；三路恒压输出适合工业类、电器、电信、网络；一路恒压及最多八路的恒流输出适合高端显示器、电器等。

不同的功率产品组合

总结

正如PI产品开发副总裁Roland Saint-Pierre表示：“大多数现代电子系统都依靠多个内部电压来运行各种功能，如计算、通信和执行功能（通常是加热、发光、发声或某种运动功能）。但每个变换级的损耗都会累加起来，从而降低整个系统的性能并产生热量。InnoMux-2 IC可轻松克服这一挑战，因为它采用一个单级的架构，即可提供多达三个独立的稳压输出或者两个恒压输出和一个恒流输出，从而可以以更少的元件实现结构紧凑且高效的电源子系统。”

目前InnoMux一代已经被广泛应用于显示器、电视、家用电器等行业，证明了PI独创的能量多路传输的重要性。InnoMux-2通过一系列改良和升级，适合更多的垂直类行业应用，相信随着对于效率、精度以及待机功耗的要求不断提升，InnoMux-2势必会得到更为广泛的应用。

未来，多级DC-DC功率架构真的可能会被InnoMux所替代。