【评测】DER-931：72W工业及电器电源模块

大家好！本次给大家评测的是PI PowiGaN技术的电源模块：72W工业及电器电源（基于InnoSwitch4-CZ、ClampZero和MinE CAP）。

打开快递看到电源模块的第一感觉就是“模块小”——这能量密度得多高呀！要知道这个可是工业电源。于是，先为大家展示一下PI的这款72w电源模块的三围吧！

从上面的图片上可以看出PI设计的这款电源模块非常紧凑，长仅68毫米，宽仅30毫米。输入端两颗大电容，输出端两颗大电容，耐压400v和16v，对两端进行稳压滤波。中间还有两个绕线电感和一个大变压器。同样，用料十足。当然，还有安规电容，Y电容等。毕竟接入220v的市电，安全方面可一点儿都不能省。

翻到PI模块的背面，可以看到三个大大的芯片，从右往左依次为U1 MinE CAP芯片，U2 ClampZero芯片和U3 InnoSwitch4-CZ三款芯片。

这三大芯片也是实现在小体积下输出稳定的12V6A的电源的核心。下面我们来了解一下这三个芯片：

U1 MinE CAP芯片

MinE-CAP芯片，适用于超大功率密度AC/DC变换器的大电容小型化和浪涌管理芯片。

MinE-CAP芯片可大幅缩小输入大容量电容的尺寸，而不会影响输出纹波、工作效率或无需重新设计变压器。与传统技术（如极高开关频率工作）相比，采用PowiGaN技术的MinE-CAP可实现同等或更大的整体电源尺寸缩小，同时可避免与极高频设计相关的复杂EMI滤波和变压器/箝位耗散增加的挑战。其先进的保护/安全特性，包括：

• 集成温度检测及滞回热关断

• 输入浪涌保护

• 引脚开路/短路和E-CAP欠压/过压故障报告

U2 ClampZero芯片

ClampZero IC与InnoSwitch4系列IC搭配使用，可消除由钳位电路和初级开关的开关损耗所造成的能量浪费。这极大地提高了电源效率，使其轻松超过95%，同时保持了反激式架构的设计灵活和元件数目低的特点。

ClampZero IC是一个有源钳位电路，可以回收原本浪费的漏感能量。ClampZero集成了一个高压侧功率开关和电平变换自偏置控制器，该控制器可以从连接于InnoSwitch4初级控制器的低压侧收发器接收通信信息。

ClampZero与InnoSwitch4相结合，可确保在所有输入电压以及在CCM和DCM工作模式下的零电压开关，从而实现高度灵活的有源钳位反激式解决方案。在与InnoSwitch4 IC搭配使用的典型应用中，低开关损耗允许使用高开关频率，从而最大限度地减小变压器的物理尺寸并实现极小的PCB占板面积。

其主要产品特色，高度集成，外形紧凑。如：

• 消除InnoSwitch4初级开关中的开关损耗

• 回收再利用漏感能量

• 显著提升电源效率

• 与InnoSwitch4平滑对接

• 直接由InnoSwitch4的旁路引脚供电

• 启动时自偏置供电

• 在DCM和CCM两种模式下工作

U3 InnoSwitch4-CZ芯片

InnoSwitch4-CZ系列IC与ClampZero系列有源钳位IC搭配使用，可大幅提高反激式功率变换器的效率，特别适用于那些具有紧凑外形要求的变换器设计应用。InnoSwitch4-CZ产品系列将初级和次级控制器以及符合安全标准的反馈机制集成于一个单个IC当中。

InnoSwitch4-CZ与ClampZero相结合，大大降低了系统和初级开关的损耗，可以实现极高的功率密度。InnoSwitch4-CZ还集成了多项保护特性，包括输出过压、过流限制以及过温关断保护。所提供的器件均支持锁存与自动重启动保护模式的常用组合，这是充电器、适配器、消费电子产品和工业系统等应用所要求的特性。

• 可为ClampZero（有源钳位IC）提供驱动的零电压开关(ZVS)反激式控制器

• 耐用的750V PowiGaN初级开关

• 高达140kHz的稳态开关频率降低了变压器尺寸

• 集成同步整流驱动器和次级侧检测

• 内部集成的FluxLink™技术，使得反馈链路满足HIPOT（高压绝缘）要求

• 优异的恒压/恒流精度，不受外部元件的影响

• 采用外部电流检测电阻，输出电流精确可调

看完了PI电源模块上的芯片，我们再来看看PCB设计。可能由于体积紧凑的原因。

本模块采用了双层PCB设计。这是较其它工业电源单面板大不相同。我个人觉得单面板和双面板的价格也不是那么的敏感了吧！

在PCB设计上面，PI在设计上还有这种锯齿状的设计（图五左下部）。您知道是做什么用的吗？

中国乃至全球都在构建节约型社会，”低碳、减碳“也是全球各个行业的共识。中国在这方面为世界做出榜样。在工业生产领域，工业电源作为核心能源供应设备，其性能直接关乎整条生产线的稳定与效率。随着全球能源危机加剧与环保意识的提升，工业设备的能效表现愈发受到重视。空载功耗，即工业电源在接通电源但未连接负载状态下的能量损耗，不仅反映电源的节能水平，更与企业长期运营成本紧密相关。空载功耗无法完全消除，所以极低的空载功耗也就是高性能，优秀电源的品质之一。

基于PI PowiGaN技术的72W电源模块的空载功耗又如何呢？今天就为大家揭晓。

我们先来看看本次参与评测的测量设备吧！

万用表

胜利VC9807+数字万用表，我的老伙伴了。本次将使用它来测量电源模块的输入电流和输出电压。

示波器

优利德UTD2102CEX 100MHz 1GS/s 双通道数字示波器。本次将使用它来测量电源模块的输出纹波。

负载电压

两个功率电阻，规格均为 4欧姆，50W。本次测试将通过两个功率电阻的串并联组合来提供轻载，重载和满载的负载情况。

由于PI的电源模块原为测试柱连接方式，我手里没有支持220V的测试夹具，所以，我这里把测试柱焊下来了，替换为了导线，方便我的连接，这样对于本次测试安全性也提高不少。

仪器设备准备就绪，接下来我们就开始吧！

我们首先测量一下PI的空载输出电压值：

从上图我们可以清楚看到72W工业电源模块的空载输出电压为+11.952V。额定输出标称电压值为+12V，按当前输出结果计算输出的偏差为0.4%。这个精度对于工业电源模块来说完全符合预期，甚至超出了预期。而官方给的datasheet还是非常保守的2%——应该是给重载或满载预留的余量吧！

我们再通过示波器观察一下空载输出的电源纹波

从上面的示波器截图也可看到72W工业电源模块在空载输出时负载输出相当稳定。可以看出PI公司在电源设计时对于空载情况肯定有特殊处理。

接下来我们再来看看72W工业电源模块的静态输入电流是多少？

是0.02mA！72W工业电源模块的静态输入电流仅为0.02mA。如果按220v的市电电压计算，PI公司的该款电源模块的静态功耗仅为6.6mW。官方的datasheet上标注的是小于50mW，看来我这块电源模块属于优质，上等品质了。运气不错！

最后，我们来回复一下上一期帖子中提到的”锯齿状“PCB焊盘设计的问题。

这个”锯齿状“PCB焊盘设计称为”放电齿“，用于ESD或浪涌保护，设置在高压元件（如共模电感）两端，通过空气放电释放高压，避免损坏后级电路。

做为一个工业电源，带载测试必不可少！标称输出12V，如果事载时电压应该依然为标称12V，并持续稳定输出。说了这么多，不如实际检测查看一下。

在负载的选择上面，我们使用两个4欧的电阻来实现。我们首先将两个4欧电阻串联组成一个8欧的电阻负载。从理论上讲，12V输出挂载一个8欧负载则输出功率为18W，为额定输出功率的1/4.我们通过万用表观察其输出的稳定性，并使用示波器观察输出纹波。

当负载为8欧电阻时，通过万用表的读数，我们可以看到12V输出略有下降，由原来空载时的11.952V降压到了11.882V，下降了0.07V，这个输出电压下降率仅有0.6%，还是相当相当低的。从示波器观察来看，输出的纹波有318mV。

接下来，我们使用单个4欧电阻做为输出负载，这样算下来工业电源模块的输出将有36W，即负载率为50%。我们依旧使用万用表来观察输出电压，使用示波器来观测纹波。

当负载为4欧电阻时，通过万用表的读数，我们可以看到12V输出再次略有下降，由原来空载时的11.952V降压到了11.831V，下降了0.121V，这个输出电压下降率有1%。从示波器观察来看，输出的纹波有308mV。

实验继续做，我们使用两个4欧电阻并联做为输出负载，这样算下来工业电源模块的输出将有72W的满载，即负载率为100%。我们依旧使用万用表来观察输出电压，使用示波器来观测纹波。

当负载为2欧电阻时，通过万用表的读数，我们可以看到12V输出有所下降，由原来空载时的11.952V降压到了11.686V，下降了0.266V，这个输出电压下降率有2%。从示波器观察来看，输出的纹波有328mV。

总结

我们把测试测量的结果列表来一并观察

序号

负载

输出功率

输出电压

输出纹波

1

0

0

11.952V

8mV

只有一个小尖峰，应该是针对空载时进行特殊设计，以降低空载损耗

2

8欧

18W

11.882V

318mV

疑似线缆损耗

3

4欧

36W

11.831V

308mV

疑似线缆损耗

4

2欧

72W

11.686V

328mV

疑似线缆损耗

通过实验对比，我们看到随着负载的增加，电源模块的输出电压有所下降。这个下降损耗多数情况是属于正常现象，一方面设计原理所至；另一方面是由于本次测量非专业实验室测量，我的输出测试电缆的容量不满足设计容量，如果更换为较粗的线缆负载输出压降的现象应该会得到明显的缓解.。

PI PowiGaN技术的72W电源模块的输出特性非常适合工业电源应用场景，不仅体积小，紧凑，而且输出效率高，提供较大电流。像我们的芯片原型验证平台产品之前使用ATX开关电源来提供多路12V电源，由于ATX电源体积较大，还只能为其提供较大的空间。如果有机会换用PI PowiGaN技术的电源模块，我们可以将其放置于更近于功能模块的位置，不仅大大缩小产品整体体积，而且可以提供充足的电力功率。最关键的，当某个模块不使用时，我们可以只将我们的模块关闭，以大幅降低整体的空载功耗。而且，当客户不需要部分模块时，我们可以连电源模块一并取消，有效降低产品的成本，增加产品的市场竞争力。

致谢

感谢PI公司提供72W电源模块，感谢EEWorld论坛提供这次试用机会。感谢在试用过程中提供意见和建议的网友们。谢谢你们，我们论坛常见！

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