目前數字電源在系統開發中所占的比例正在逐漸增長，越來越受到廣大電源管理開發商的青睞。而且在如今這個“快充和無線充電”的年代，數字電源更是扮演了舉足輕重的角色。那么如何設計出高效的可編程數字電源，又是如何實現更寬輸出電壓要求的？針對這些問題，在日前由電子工程專輯、電子技術設計、國際電子商情聯合主辦的第17屆電源管理論壇上，PI的高級現場應用工程師何平給大家做出了精彩的技術分享。

【圖為何平在深入講解PI的離線式反激電源的數字控制解決方案】

在演講中，何平從以下幾方面全面展述離線式反激電源的數字控制。首先講述了滿足寬輸出電壓要求的USB PD電源，然后進一步闡述了改進的反激式拓撲可提供高性價比的滿足DoE(6)效率要求的高效解決方案。最后詳細講解了寬輸出電壓范圍反激式電源在設計中如何優化、具體挑戰以及具備I2C接口的高集成度的數字控制方案。

任何優秀的設計方案，都離不開其高效性以及可靠性。大家都知道，結構越是簡單，其可靠性將會越高，PI推出的這種變頻反激式拓撲方案也是一樣，由于其高度集成，因而整體方案的元件數目很少。那么高效性呢？此方案采用的變頻技術可在整個負載范圍內始終保持高效率，而更高的效率則意味著更低的熱量耗散。此外對于寬輸出電壓的應用來說，電源不可避免地會工作于CCM或DCM工作方式，為了提高效率，方案中采用的同步整流及準諧振的開關方式，可以保證各種輸出條件下均能實現高效。

提升效率是電源設計的一大永恒話題。并且不管輸入電壓和負載如何變化，電源都始終需要維持平穩的高效率。隨著PD電源/快充電源的出現，電源的輸出電壓需要根據負載的應用要求而改變，因而是否能在各種輸出條件下均能滿足國際能效標準的要求對設計者來講也是一項不小的挑戰。另一方面，效率提升對散熱設計也具有積極意義。通過降低適配器的散熱要求，工程師便可實現對成本、尺寸和重量等各項指標的優化，從而實現高功率密度、高可靠性的電源設計。那么PI的設計方案具體是如何提高效率和可靠性，我們來看看。

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SR開關時序的精確控制可提高效率和可靠性

精確的初級開關管關斷與次級SR開通時序可降低同步整流管體二極管的導通時間，從而提高效率。而次級整流管關斷后再由次級側發送初級側功率開關管開通指令的時序控制方式可以保證在CCM工作方式下同步整流的高可靠性。

【圖為：SR開關時序的精確控制】

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EMI及音頻噪聲的優化可降低系統成本

變壓器屏蔽繞組可降低共模噪聲，頻率調制則可降低EMI掃描頻譜中的峰值數值，從而可以降低EMI濾波元件的成本。在輕載下一般都是采用降低工作頻率的方法來提高輕載效率，但在某一負載下，開關頻率會降至20kHz以下并進入音頻噪聲范圍。尤其當開關頻率接近變壓器本身的共振頻率點時會產生比較大的音頻噪音。為改善這種情況，PI所采用的先進的狀態控制器可以防止電源工作于7至12kHz的開關頻率下，而這一頻段是大多數變壓器產生噪音最大的工作頻段。此外，為進一步降低音頻噪音，在變壓器的設計時，當工作頻率<20kHz時，會確保磁通密度BAC<120mT。

【圖為：EMI及音頻噪聲的優化】

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采用I2C接口

除了以上設計優點，PI的方案還采用了集成的I2C接口，通過這個接口與外部微處理器進行通訊，通過軟件對電源的輸出電壓及電流進行精確的動態階躍控制——電壓階躍步長為10mV，電流階躍步長為50mA——實現數字可編程的功率變換。這個帶來的好處是支持USB PD3.0子集中的PPS，可以更精確的控制輸出的電壓檔位。除了對輸出特性進行外部編程控制以外，電源的各種保護特性也可進行人為個性化設定。而所有這些強大的設定功能只使用簡單的外部微控制器即可實現，從而省去了復雜的針對不同協議的接口電路。整個系統具有安全、可靠且體積小的特點，且可實現遠程控制和監視。

【圖為：采用I2C接口電路】

何平最后總結時說到：PI設計的解決方案不僅可以滿足寬輸出電壓要求的USB PD電源，經過其改進的反激式拓撲亦可提供高性價比且滿足DoE（6）效率要求。集成的I2C接口安全、可靠且體積小，還可實現遠程控制和監控，而且可支持使用更簡單的外部微控制器，省去復雜的協議接口電路。

【圖為第17屆電源管理論壇“快充和無線充電”論壇會場】

第十七屆電源管理論壇的最后環節是圓桌會談。PI資深產品經理Chris Lee和其他公司代表共同出席了圓桌論壇，向與會嘉賓進一步分享了PI公司的產品在多個市場取得的成就，并回答了嘉賓們的提問。

Chris提出：面對快速增長的快充和無線充電市場，PI更關心如何用產品價值幫助客戶。產品的成本包括材料成本+生產成本，PI高度集成化的產品在批量化生產時會極大地提高生產效率，幫助客戶降低生產成本；此外PI產品的高可靠性可以將產品的市場返修降到最低，降低運營成本。

【圖為PI資深產品經理Chris Lee出席圓桌論壇】