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近年來，數字電路的集成度一直在提高，摩爾定律直到今天還在指導數字電路的設計和創新。每當有新的消費電子產品發布，我們已經習慣了媒體上大肆宣傳的性能又有了新的提升，并且功耗有了進一步降低。但是，到了模擬電路領域，似乎大家也已經習慣了一成不變的架構和設計，那為什么還需要InnoMux?-2這樣的創新設計呢？接下來我們從傳統的電源變換器切入，來看看InnoMux?-2的創新之處。
目前的電子產品多數需要多個電源軌來滿足不同組件的電源需求，例如一個典型的微機電一體化設備（冰箱、空調等），通常傳感器需要5V電壓，微控制器需要3.3V電壓，而閉合器需要12V電壓。應對這類電源需求，最直接的想法是在單路輸出電源的基礎上進行二次變換。
常見的基于單路輸出的電源架構如下圖所示。
單路輸出的反激式電源可以提供1種電壓的輸出，其它電壓如果高于它，使用二級升壓電路實現，如果低于它，就使用二級降壓電路實現。邏輯非常直接，效果也是滿足基本的工程要求的，只是效率不高。假設單級的效率是90%，那兩級串聯后的效率就是0.9*0.9=81%。
當然，我們也可以的增加多個繞組，來實現多路輸出電源，如下圖所示。
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圖中有3個輸出，但它們不是對等的，1個叫主輸出，另外2個叫輔助輸出。原因是反饋電路只根據主輸出來穩壓，輔助輸出不參與反饋，會隨著負載變化而飄忽不定。為了穩定輔助輸出，我們可以加假負載，使得空載狀態下的輸出電壓不至于太高。這個假負載一般是負載電阻，很顯然它無端消耗了一部分能量。
1.效率
2.空載功耗
詳細的對比如下圖所示。
比較容易想到的常見改進方法是在上述方案上修修補補，以期各項參數可以滿足工程需求，但歸根到底還是要在效率、空載功耗和輸出精度上做出權衡。而InnoMux?-2則跳出了這種權衡，拓撲的設計思路是去掉DC-DC變換器，做到“一步到位”。輔助輸出容易受到主輸出的影響，主要原因是繞組物理圈數是固定的，盡管圈數是按照電壓比例設定好的，，但繞組間由于漏感大小的不同，造成不同負載情況下實際輸出電壓并不總是按比例分配，對于負載輕的輸出會產生“峰值”充電的現象，進而造成電壓飄高。而且由于多路輸出各繞組間功率的分配是按圈數自動分配的，那么只有主輸出（有反饋的輸出）才有權決定初級的開關狀態，這必然造成無反饋的輔助輸出不能被很好的調控。那么有沒有一種方式，可以實現能量的動態分配，實現虛擬的“動態繞組”呢？如果可以滿足上述工程上的權衡，那就變成了皆大歡喜的“我全都要”。
PI新近發布的InnoMux?-2完美地解決了上述多輸出應用當中的技術“痛點”。如下圖所示，是InnoMux?-2的結構和工作方式。? ?
不像傳統多輸出電源中只有一路主輸出有反饋的方法，該方案利用器件的次級電路對每一路輸出都進行監測，或者是電壓（恒壓輸出）或者是電流（恒流輸出）。當某一路的電壓或電流下降時，則由次級側的控制器向初級發送一個開關請求信號（通過FluxLink，以脈沖的方式）。而下次初級側開關管開關所發送至次級的能量，則只能由發送請求的那路輸出進行“接收”。“接收”的方法是通過次級增加的選通開關（與輸出串聯的MOSFET）來完成的，而未發起開關請求的輸出則與變壓器處于斷開的狀態。得益于數字電路的高速高精度特性，我們可以在每個開關周期中動態調控其能量的傳導路徑，從而實現每個開關周期僅將能量分配至有需要的輸出，達到各路輸出在任何負載下都有極佳穩定度的效果。
以一個單繞組12V、5V雙路輸出反激式電源的架構為例，我們來分析一下InnoMux?-2的工作原理。12V輸出時，當12V降至FB參考點以下，次級側經Fluxlink發送開關請求，初級開關導通，能量積聚，SR導通，選通FET關斷，儲能釋放至12V輸出。5V輸出時，當5V降至FB參考點以下，次級側經Fluxlink發送開關請求，初級開關導通，能量積聚，SR導通，選通FET導通，儲能釋放至5V輸出。
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我們再看一下InnoMux?-2工作的電流波形圖。其中GSel是選通FET的柵極信號，GSR是SR FET的柵極信號。我們可以看到，通過控制GSel，就可以選擇次級端變壓器當中儲能的傳導路徑，或者是釋放至5V端，或者釋放至12V輸出端。
從上面的波形中我們注意到，GSR的信號在初級功率開關管開通之前，有一個短暫的開通脈沖。這也是InnoMux?-2的另一大特色，即使用現成的SR FET實現零電壓開關（ZVS）。這種方法無需傳統有源鉗位中用到的額外電路，效率可以提高0.5%~1%。其具體的操作原理如下圖所示。? ?
具體的工作過程如下：① 初級開關導通前，使SR FET短暫導通一段時間，這樣會在次級側繞組當中產生一個反向電流，能量來自于5V的輸出電容。而當SR FET關斷后，反向電流換流至初級繞組兩端，也是反向的（從漏極至直流母線正端）。② 初級VDS被反向初級電流放電，并將VDS電壓降至接近“0”，此時再發出初級開關的開通驅動信號，這樣做就達到了ZVS的效果。通過對工作原理的了解，我們意識到這種控制方式僅在DCM工作方式時才能實現。但好在多數的反激式電源在高壓輸入情況下均工作于DCM， 而高壓輸入也是初級功率開關管開關損耗比較大的工作狀態。在低壓輸入時，電源還是設計于連續模式，可以優化導通損耗。此時即使沒有ZVS開關操作，也不會對效率及功率管溫升產生很大的影響。這種“聰明”的ZVS實現方式，不但降低了整體系統成本，也進一步提升了該器件可以輸出的功率能力，改善了器件本身的溫升表現。
InnoMux?-2通過對每個開關脈沖能量的導引來實現各路輸出的精確輸出。但當某路輸出負載變輕的情況下，必然導致其請求開關的脈沖的頻率落于音頻范圍以內，從而可能產生音頻噪音的問題。那么InnoMux?-2是如何解決的呢？
答案就是其獨特的一項控制技術，叫做“脈沖共享”，如下圖所示。
其實具體的InnoMux?-2操作并不是像我們前述的那樣，即每個初級脈沖發送過來的能量都一直輸送給某個單一的輸出。因為這樣勢必會造成隨負載的變化，變壓器不同開關周期內磁通釋放的斜率有所差異，換句話說也就是各周期次級電流波形的形狀不一致，一旦這種電流不一致的頻率進入音頻范圍或者接近于變壓器的固有振蕩頻率，則會產生音頻噪音問題，同時也會造成輸出紋波的增大。這在較高功率的應用當中是無法接收的。那么解決的方法就是將一個周期內從初級傳輸過來的能量在不同的輸出之間分擔，也就是“脈沖共享”。具體操作就是在最高電壓的輸出和另外的一路低壓輸出之間進行能量分擔，利用選通開關的通斷來將高壓輸出的剩余能量消耗在選通開關導通的那路輸出負載上面。這樣做就可以保證分擔能量的兩路輸出均可以以相對較高的頻率進行操作，同時也可以保證各周期間有相同或相似的次級電流形狀，也就降低了前述的開關進入音頻范圍的影響。? ??? ? ? ??
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從上面的波形中可以看到，每個周期的能量在次級泄放期間先是傳導到12V輸出，而在后半段則傳導至5V輸出。而所示的三個開關周期其電流波形的形狀是相近的，也就是變壓器的磁通變化規律是相近的，這樣就避免了次諧波頻率進入音頻范圍的可能，進而降低音頻噪音。再者，由于能量共享后每個輸出以更高的頻率得到能量補充，其輸出紋波也可以得到保證。
InnoMux?-2通過對輸出精準的調控，再加上獨有的ZVS實現方式，使其整體變換效率可以達到90%。相比于傳統的多輸出應用當中單級反激+后級穩壓器的方案提高了10%的效率。或者也可以理解為，浪費的能量減少了一半。如下圖所示，我們可以看到，相比單輸出92%的變換效率，InnoMux?-2僅在損失2%的額外損耗的情況下，就實現了多路輸出的精確調整。而這對于整體系統滿足能效標準、提升供電電源待機表現都具有非常大的意義。? ?
InnoMux-2在多路輸出的電源應用當中，通過創新性的能量導引控制策略，打破了傳統多路電源方案中效率、空載功耗和輸出精度的約束，實現了90%的系統效率。這種單級變換去掉了常用的后級DC-DC變換器，簡化了多路輸出電源的架構，適合大量行業的應用，勢必會對多路輸出電源的設計帶來一場革命性的變化。? ? ? ? ?
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