大家好！本次給大家評(píng)測(cè)的是PI PowiGaN技術(shù)的電源模塊：72W工業(yè)及電器電源（基于InnoSwitch4-CZ、ClampZero和MinE CAP）。

打開快遞看到電源模塊的第一感覺(jué)就是“模塊小”——這能量密度得多高呀！要知道這個(gè)可是工業(yè)電源。于是，先為大家展示一下PI的這款72w電源模塊的三圍吧！

從上面的圖片上可以看出PI設(shè)計(jì)的這款電源模塊非常緊湊，長(zhǎng)僅68毫米，寬僅30毫米。輸入端兩顆大電容，輸出端兩顆大電容，耐壓400v和16v，對(duì)兩端進(jìn)行穩(wěn)壓濾波。中間還有兩個(gè)繞線電感和一個(gè)大變壓器。同樣，用料十足。當(dāng)然，還有安規(guī)電容，Y電容等。畢竟接入220v的市電，安全方面可一點(diǎn)兒都不能省。

翻到PI模塊的背面，可以看到三個(gè)大大的芯片，從右往左依次為U1 MinE CAP芯片，U2 ClampZero芯片和U3 InnoSwitch4-CZ三款芯片。

這三大芯片也是實(shí)現(xiàn)在小體積下輸出穩(wěn)定的12V6A的電源的核心。下面我們來(lái)了解一下這三個(gè)芯片：

U1 MinE CAP芯片

MinE-CAP芯片，適用于超大功率密度AC/DC變換器的大電容小型化和浪涌管理芯片。

MinE-CAP芯片可大幅縮小輸入大容量電容的尺寸，而不會(huì)影響輸出紋波、工作效率或無(wú)需重新設(shè)計(jì)變壓器。與傳統(tǒng)技術(shù)（如極高開關(guān)頻率工作）相比，采用PowiGaN技術(shù)的MinE-CAP可實(shí)現(xiàn)同等或更大的整體電源尺寸縮小，同時(shí)可避免與極高頻設(shè)計(jì)相關(guān)的復(fù)雜EMI濾波和變壓器/箝位耗散增加的挑戰(zhàn)。其先進(jìn)的保護(hù)/安全特性，包括：

? 集成溫度檢測(cè)及滯回?zé)彡P(guān)斷

? 輸入浪涌保護(hù)

? 引腳開路/短路和E-CAP欠壓/過(guò)壓故障報(bào)告

U2 ClampZero芯片

ClampZero IC與InnoSwitch4系列IC搭配使用，可消除由鉗位電路和初級(jí)開關(guān)的開關(guān)損耗所造成的能量浪費(fèi)。這極大地提高了電源效率，使其輕松超過(guò)95%，同時(shí)保持了反激式架構(gòu)的設(shè)計(jì)靈活和元件數(shù)目低的特點(diǎn)。

ClampZero IC是一個(gè)有源鉗位電路，可以回收原本浪費(fèi)的漏感能量。ClampZero集成了一個(gè)高壓側(cè)功率開關(guān)和電平變換自偏置控制器，該控制器可以從連接于InnoSwitch4初級(jí)控制器的低壓側(cè)收發(fā)器接收通信信息。

ClampZero與InnoSwitch4相結(jié)合，可確保在所有輸入電壓以及在CCM和DCM工作模式下的零電壓開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)高度靈活的有源鉗位反激式解決方案。在與InnoSwitch4 IC搭配使用的典型應(yīng)用中，低開關(guān)損耗允許使用高開關(guān)頻率，從而最大限度地減小變壓器的物理尺寸并實(shí)現(xiàn)極小的PCB占板面積。

其主要產(chǎn)品特色，高度集成，外形緊湊。如：

? 消除InnoSwitch4初級(jí)開關(guān)中的開關(guān)損耗

? 回收再利用漏感能量

? 顯著提升電源效率

? 與InnoSwitch4平滑對(duì)接

? 直接由InnoSwitch4的旁路引腳供電

? 啟動(dòng)時(shí)自偏置供電

? 在DCM和CCM兩種模式下工作

U3 InnoSwitch4-CZ芯片

InnoSwitch4-CZ系列IC與ClampZero系列有源鉗位IC搭配使用，可大幅提高反激式功率變換器的效率，特別適用于那些具有緊湊外形要求的變換器設(shè)計(jì)應(yīng)用。InnoSwitch4-CZ產(chǎn)品系列將初級(jí)和次級(jí)控制器以及符合安全標(biāo)準(zhǔn)的反饋機(jī)制集成于一個(gè)單個(gè)IC當(dāng)中。

InnoSwitch4-CZ與ClampZero相結(jié)合，大大降低了系統(tǒng)和初級(jí)開關(guān)的損耗，可以實(shí)現(xiàn)極高的功率密度。InnoSwitch4-CZ還集成了多項(xiàng)保護(hù)特性，包括輸出過(guò)壓、過(guò)流限制以及過(guò)溫關(guān)斷保護(hù)。所提供的器件均支持鎖存與自動(dòng)重啟動(dòng)保護(hù)模式的常用組合，這是充電器、適配器、消費(fèi)電子產(chǎn)品和工業(yè)系統(tǒng)等應(yīng)用所要求的特性。

? 可為ClampZero（有源鉗位IC）提供驅(qū)動(dòng)的零電壓開關(guān)(ZVS)反激式控制器

? 耐用的750V PowiGaN初級(jí)開關(guān)

? 高達(dá)140kHz的穩(wěn)態(tài)開關(guān)頻率降低了變壓器尺寸

? 集成同步整流驅(qū)動(dòng)器和次級(jí)側(cè)檢測(cè)

? 內(nèi)部集成的FluxLink?技術(shù)，使得反饋鏈路滿足HIPOT（高壓絕緣）要求

? 優(yōu)異的恒壓/恒流精度，不受外部元件的影響

? 采用外部電流檢測(cè)電阻，輸出電流精確可調(diào)

看完了PI電源模塊上的芯片，我們?cè)賮?lái)看看PCB設(shè)計(jì)。可能由于體積緊湊的原因。

本模塊采用了雙層PCB設(shè)計(jì)。這是較其它工業(yè)電源單面板大不相同。我個(gè)人覺(jué)得單面板和雙面板的價(jià)格也不是那么的敏感了吧！

在PCB設(shè)計(jì)上面，PI在設(shè)計(jì)上還有這種鋸齒狀的設(shè)計(jì)（圖五左下部）。您知道是做什么用的嗎？

中國(guó)乃至全球都在構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)，”低碳、減碳“也是全球各個(gè)行業(yè)的共識(shí)。中國(guó)在這方面為世界做出榜樣。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，工業(yè)電源作為核心能源供應(yīng)設(shè)備，其性能直接關(guān)乎整條生產(chǎn)線的穩(wěn)定與效率。隨著全球能源危機(jī)加劇與環(huán)保意識(shí)的提升，工業(yè)設(shè)備的能效表現(xiàn)愈發(fā)受到重視。空載功耗，即工業(yè)電源在接通電源但未連接負(fù)載狀態(tài)下的能量損耗，不僅反映電源的節(jié)能水平，更與企業(yè)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本緊密相關(guān)。空載功耗無(wú)法完全消除，所以極低的空載功耗也就是高性能，優(yōu)秀電源的品質(zhì)之一。

基于PI PowiGaN技術(shù)的72W電源模塊的空載功耗又如何呢？今天就為大家揭曉。

我們先來(lái)看看本次參與評(píng)測(cè)的測(cè)量設(shè)備吧！

萬(wàn)用表

勝利VC9807+數(shù)字萬(wàn)用表，我的老伙伴了。本次將使用它來(lái)測(cè)量電源模塊的輸入電流和輸出電壓。

示波器

優(yōu)利德UTD2102CEX 100MHz 1GS/s 雙通道數(shù)字示波器。本次將使用它來(lái)測(cè)量電源模塊的輸出紋波。

負(fù)載電壓

兩個(gè)功率電阻，規(guī)格均為 4歐姆，50W。本次測(cè)試將通過(guò)兩個(gè)功率電阻的串并聯(lián)組合來(lái)提供輕載，重載和滿載的負(fù)載情況。

由于PI的電源模塊原為測(cè)試柱連接方式，我手里沒(méi)有支持220V的測(cè)試夾具，所以，我這里把測(cè)試柱焊下來(lái)了，替換為了導(dǎo)線，方便我的連接，這樣對(duì)于本次測(cè)試安全性也提高不少。

儀器設(shè)備準(zhǔn)備就緒，接下來(lái)我們就開始吧！

我們首先測(cè)量一下PI的空載輸出電壓值：

從上圖我們可以清楚看到72W工業(yè)電源模塊的空載輸出電壓為+11.952V。額定輸出標(biāo)稱電壓值為+12V，按當(dāng)前輸出結(jié)果計(jì)算輸出的偏差為0.4%。這個(gè)精度對(duì)于工業(yè)電源模塊來(lái)說(shuō)完全符合預(yù)期，甚至超出了預(yù)期。而官方給的datasheet還是非常保守的2%——應(yīng)該是給重載或滿載預(yù)留的余量吧！

我們?cè)偻ㄟ^(guò)示波器觀察一下空載輸出的電源紋波

從上面的示波器截圖也可看到72W工業(yè)電源模塊在空載輸出時(shí)負(fù)載輸出相當(dāng)穩(wěn)定。可以看出PI公司在電源設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于空載情況肯定有特殊處理。

接下來(lái)我們?cè)賮?lái)看看72W工業(yè)電源模塊的靜態(tài)輸入電流是多少？

是0.02mA！72W工業(yè)電源模塊的靜態(tài)輸入電流僅為0.02mA。如果按220v的市電電壓計(jì)算，PI公司的該款電源模塊的靜態(tài)功耗僅為6.6mW。官方的datasheet上標(biāo)注的是小于50mW，看來(lái)我這塊電源模塊屬于優(yōu)質(zhì)，上等品質(zhì)了。運(yùn)氣不錯(cuò)！

最后，我們來(lái)回復(fù)一下上一期帖子中提到的”鋸齒狀“PCB焊盤設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

這個(gè)”鋸齒狀“PCB焊盤設(shè)計(jì)稱為”放電齒“，用于ESD或浪涌保護(hù)，設(shè)置在高壓元件（如共模電感）兩端，通過(guò)空氣放電釋放高壓，避免損壞后級(jí)電路。

做為一個(gè)工業(yè)電源，帶載測(cè)試必不可少！標(biāo)稱輸出12V，如果事載時(shí)電壓應(yīng)該依然為標(biāo)稱12V，并持續(xù)穩(wěn)定輸出。說(shuō)了這么多，不如實(shí)際檢測(cè)查看一下。

在負(fù)載的選擇上面，我們使用兩個(gè)4歐的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們首先將兩個(gè)4歐電阻串聯(lián)組成一個(gè)8歐的電阻負(fù)載。從理論上講，12V輸出掛載一個(gè)8歐負(fù)載則輸出功率為18W，為額定輸出功率的1/4.我們通過(guò)萬(wàn)用表觀察其輸出的穩(wěn)定性，并使用示波器觀察輸出紋波。

當(dāng)負(fù)載為8歐電阻時(shí)，通過(guò)萬(wàn)用表的讀數(shù)，我們可以看到12V輸出略有下降，由原來(lái)空載時(shí)的11.952V降壓到了11.882V，下降了0.07V，這個(gè)輸出電壓下降率僅有0.6%，還是相當(dāng)相當(dāng)?shù)偷摹氖静ㄆ饔^察來(lái)看，輸出的紋波有318mV。

接下來(lái)，我們使用單個(gè)4歐電阻做為輸出負(fù)載，這樣算下來(lái)工業(yè)電源模塊的輸出將有36W，即負(fù)載率為50%。我們依舊使用萬(wàn)用表來(lái)觀察輸出電壓，使用示波器來(lái)觀測(cè)紋波。

當(dāng)負(fù)載為4歐電阻時(shí)，通過(guò)萬(wàn)用表的讀數(shù)，我們可以看到12V輸出再次略有下降，由原來(lái)空載時(shí)的11.952V降壓到了11.831V，下降了0.121V，這個(gè)輸出電壓下降率有1%。從示波器觀察來(lái)看，輸出的紋波有308mV。

實(shí)驗(yàn)繼續(xù)做，我們使用兩個(gè)4歐電阻并聯(lián)做為輸出負(fù)載，這樣算下來(lái)工業(yè)電源模塊的輸出將有72W的滿載，即負(fù)載率為100%。我們依舊使用萬(wàn)用表來(lái)觀察輸出電壓，使用示波器來(lái)觀測(cè)紋波。

當(dāng)負(fù)載為2歐電阻時(shí)，通過(guò)萬(wàn)用表的讀數(shù)，我們可以看到12V輸出有所下降，由原來(lái)空載時(shí)的11.952V降壓到了11.686V，下降了0.266V，這個(gè)輸出電壓下降率有2%。從示波器觀察來(lái)看，輸出的紋波有328mV。

總結(jié)

我們把測(cè)試測(cè)量的結(jié)果列表來(lái)一并觀察

序號(hào)

負(fù)載

輸出功率

輸出電壓

輸出紋波

1

0

0

11.952V

8mV

只有一個(gè)小尖峰，應(yīng)該是針對(duì)空載時(shí)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以降低空載損耗

2

8歐

18W

11.882V

318mV

疑似線纜損耗

3

4歐

36W

11.831V

308mV

疑似線纜損耗

4

2歐

72W

11.686V

328mV

疑似線纜損耗

通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，我們看到隨著負(fù)載的增加，電源模塊的輸出電壓有所下降。這個(gè)下降損耗多數(shù)情況是屬于正常現(xiàn)象，一方面設(shè)計(jì)原理所至；另一方面是由于本次測(cè)量非專業(yè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，我的輸出測(cè)試電纜的容量不滿足設(shè)計(jì)容量，如果更換為較粗的線纜負(fù)載輸出壓降的現(xiàn)象應(yīng)該會(huì)得到明顯的緩解.。

PI PowiGaN技術(shù)的72W電源模塊的輸出特性非常適合工業(yè)電源應(yīng)用場(chǎng)景，不僅體積小，緊湊，而且輸出效率高，提供較大電流。像我們的芯片原型驗(yàn)證平臺(tái)產(chǎn)品之前使用ATX開關(guān)電源來(lái)提供多路12V電源，由于ATX電源體積較大，還只能為其提供較大的空間。如果有機(jī)會(huì)換用PI PowiGaN技術(shù)的電源模塊，我們可以將其放置于更近于功能模塊的位置，不僅大大縮小產(chǎn)品整體體積，而且可以提供充足的電力功率。最關(guān)鍵的，當(dāng)某個(gè)模塊不使用時(shí)，我們可以只將我們的模塊關(guān)閉，以大幅降低整體的空載功耗。而且，當(dāng)客戶不需要部分模塊時(shí)，我們可以連電源模塊一并取消，有效降低產(chǎn)品的成本，增加產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

致謝

感謝PI公司提供72W電源模塊，感謝EEWorld論壇提供這次試用機(jī)會(huì)。感謝在試用過(guò)程中提供意見和建議的網(wǎng)友們。謝謝你們，我們論壇常見！

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