PI高功率密度有源钳位反激（ACF）解决方案

11月26日，充电头网在深圳南山科兴科学园举办了2021（秋季）USB PD＆Type-C亚洲展。作为2021年备受瞩目的年度消费类快充电源行业展会，现场汇聚近百家USB PD＆Type-C产业链企业，并有多达上千款快充新品展出。同时也吸引了多专业观众莅临现场，成为快充产业相关人士面对面洽谈、技术交流、学习成长的平台。

在展会期间同步举办的研讨会上，20位行业大咖发表了演讲，分享了最新的行业趋势，并介绍了公司最新的产品布局。

Power Integrations资深应用工程师 张杰先生在本次研讨会中为大家带来了《高功率密度高频有源钳位反激（ACF）解决方案》主题演讲，主要介绍了PI目前针对快充市场推出的ACF架构解决方案。

下面由充电头网带来PI本次演讲内容的解读。

在演讲中，张杰先生结合现有的快充市场环境分析到，用户一方面对大功率充电器的需求越来越强烈，另一方面也渴望自己的充电器变得更小巧、更加便携。而针对目前市面上大功率、小体积的需求，PI推出了全新的快充解决方案InnoSwitch 4-CZ和ClampZero IC产品系列。

InnoSwitch4-CZ是InnoSwitch系列的第四代产品，前面三代均有准谐振控制器，InnoSwitch 4-CZ是有源钳位控制器，延续了上一代控制器所有优点，具有非常高的集成度。芯片内置750V GaN开关管，其开关频率为140kHz；ClampZero可以消除钳位损耗，实现零电压开关(ZVS)，同时也支持更高的开关频率；

InnoSwitch4-CZ与ClampZero搭配使用，加上MinE-CAP在控制大电容体积方面的技术优势，可用于实现超紧凑的电源设计，比如超薄型饼干充电器、超迷你方块充电器。

张杰先生介绍到，实现最小电源的设计主要可以从减少元件数、简化EMI滤波器设计、无需散热片、减小变压器尺寸、减小元件尺寸等几个方面入手。与此同时，根据客户对充电体积的不同要求，PI也推出了InnoSwitch3 + PowiGaN、InnoSwitch4-CZ + ClampZero、InnoSwitch4-CZ + ClampZero + MinE-CAP三种方案。

InnoSwitch4和ClampZero能够在提高开关频率的同时保持极高效率，主要是该方案可以回收漏感能量，并实现初级开关的零电压开通，从而实现更高的效率。

同时，张杰先生也提到，在高功率密度产品开发和设计中，要避免进入一些误区，比如采用300kHz以上的开关频率、使用传统的分立器件方案等，高频开关会带来温升、EMI、效率等问题，而分立器件方案则会增加一些空载功耗、增加外围电路、产生寄生因数等。

得益于高度集成的特点，InnoSwitch4和ClampZero能够简化高密度电源的设计。InnoSwitch4集成了初级控制器、次级控制器、高压开关管、光耦、采样、高压启动等功能，采用非互补模式有源钳位可简化设计，可以稳定工作在CCM和DCM两种模式下，而传统的ACF架构只能工作在DCM模式。

InnoSwitch4方案拥有极高效率，最高可达到95%，所以能够在无需散热片的情况下，提供高达110W输出功率。内部集成的ZVS和有源钳位控制，可减少元件数并简化设计。

ClampZero控制器可直接与InnoSwitch4-CZ相连，适用于钳位MOSFET的集成高压侧驱动器，不需要P通道钳位MOSFET。

由InnoSwitch4-CZ次级控制器驱动的高效有源钳位和ZVS。

通过对比充可以看到，RCD钳位有比较显著的功耗，并且频率越高，损耗越大；漏感能量会导致钳位电阻和二极管的温度升高，效率降低；有源钳位通过钳位FET将漏感能量回收，实现初级开关的零电压开关，可降低开关管的损耗，从而提升效率。

InnoSwitch4-CZ + ClampZero增加了反激变换的功率输出，在具有PFC电路的反激式拓扑结构可提供高达110W的输出功率，且无需散热片；通过有源钳位和ZVS可消除导通损耗并回收漏感能量，提升效率；非常适用于小体积的电源应用，包括USB PD快充电源、一体机适配器、游戏机、家电和工业控制等。

PI基于InnoSwitch4-CZ + ClampZero方案推出的60W PD快充DEMO，同时也应用了MinE-CAP缩小电容体积。整个PCB板的尺寸仅为44mm×44mm×12.6mm，体积非常小巧，功率密度达到了2.5W/cm³左右。

在效率方面，这款DEMO的最高效率在95%以上，并且支持全电压输入。

基于PI有源钳位开发的高密度电源，其另外一大特色就是仅需要一块PCB板，就能完成AC-DC电源设计。

InnoSwitch4-CZ提供了三种型号，ClampZero产品系列提供了两种型号，覆盖了65W-110W电源设计。

InnoSwitch4-CZ + ClampZero芯片组是一套具有高效率、外围极简的电源解决方案。

张杰先生在本次演讲中深入介绍了PI公司基于InnoSwitch4-CZ + ClampZero的高频ACF快充电源解决方案，其PowiGaN初级侧开关可以轻松实现94%以上的效率，最大可以提供110W的输出功率并且不需要加散热片。

与此同时，张杰先生还通过对实际案例的分析，讲述了如何在不牺牲产品性能的前提下，轻松设计出高功率密度的快充电源。