在數字電路領域，摩爾定律繼續推動集成度和性能的飛躍，而在模擬電路中，技術進步卻相對緩慢。傳統的多輸出電源轉換器通常依賴于單路輸出基礎上進行二次變換，來滿足各種電壓需求。這種方法雖然簡單，但在效率和系統復雜性上存在明顯的局限性。例如，在微機電一體化設備（如冰箱和空調）中，通常需要多個電壓軌（如5V、3.3V和12V）來驅動不同的組件。傳統設計通過在單路輸出電源的基礎上添加降壓或升壓轉換器來生成這些電壓。然而，這種方法不僅增加了功耗和熱管理難度，還可能導致系統體積和成本的增加，這與現代電子產品對高效率和小型化的需求背道而馳。

單路輸出的反激式電源通常只能提供一種固定電壓。如果設備中的某些組件需要的電壓高于這個固定電壓，就必須使用二級升壓電路；如果需要的電壓低于這個固定電壓，則需要二級降壓電路。這種設計思路雖然邏輯簡單，能夠滿足基本的工程需求，但效率并不理想。例如，假設單級電源轉換的效率為90%，那么在兩級電路串聯的情況下，整體效率就會下降到0.9×0.9=81%。對于一些功率需求較高或要求較為嚴格的系統，這樣的效率損失是難以接受的。

多路輸出電源

如上圖所示，該電源設計有三個輸出，但它們并非是完全對等的。這其中，一個輸出被稱為主輸出，其余兩個則為輔助輸出。這種區分的根本原因在于電路的反饋機制：反饋電路僅對主輸出進行電壓調節，確保主輸出的電壓穩定。相較之下，輔助輸出并不參與反饋控制，因此電壓會隨著負載變化而波動不定。

為了穩定輔助輸出的電壓，通常會引入一個假負載，目的是在空載或輕載條件下避免電壓過高。這個假負載一般采用負載電阻，通過持續消耗一定的能量來降低輔助輸出的電壓波動。然而，這種方式的弊端也十分明顯：假負載的引入無端消耗了一部分系統的能量，從而降低了整體的電源效率。

多繞組反激式電源的設計思路可以顯著提高系統效率，特別是在需要多個電壓軌的復雜設備中。這種設計將所有輸出電壓集中在一個變壓器上，簡化了電路結構，減少了對額外電路的需求。同時，由于減少了二次轉換環節，整個系統的熱管理壓力也有所緩解。更少的發熱意味著設備可以在更高的功率水平下工作，同時維持較低的溫度，從而延長設備壽命。然而，多繞組設計也帶來了一些挑戰。例如，不同繞組之間的耦合效應可能導致輸出電壓的不穩定性。在負載波動較大的情況下，次級繞組之間的電壓調節需要特別注意，以避免由于負載變化而引起的電壓干擾。此外，增加繞組數量還可能導致變壓器的體積增大，這對一些要求小型化的設備設計而言是一個限制因素。因此，在設計多繞組反激式電源時，工程師需要在效率提升和體積優化之間找到平衡點。

InnoMux™-2的創新優勢

面對這些挑戰，InnoMux™-2的創新設計應運而生。它不僅能有效減少多輸出電源系統中的能量損耗，還大幅簡化了電路設計。與傳統的二次變換架構不同，InnoMux™-2通過一種多軌并行的方式，直接從初級電壓生成多個電源軌，省去了中間的變換步驟。這種創新架構能夠顯著提高系統效率，減少熱量產生，從而延長設備的使用壽命。此外，InnoMux™-2的設計還考慮到了現代電子設備對空間和成本的嚴格要求。通過集成多個功能模塊，它能夠有效縮小電源轉換器的體積，降低系統復雜性和制造成本。這對需要緊湊設計的消費電子產品和工業設備而言，無疑是一項重要的技術進步。

在InnoMux™-2的設計中，沒有傳統的DC-DC變換器，這是一種顛覆性的思路。通常情況下，常見的改進方法是在原有設計基礎上進行修修補補，以期望在效率、空載功耗和輸出精度之間找到平衡。然而，這種方法始終無法徹底解決所有問題，依然要在各項參數上做出妥協。而InnoMux™-2的獨特之處在于它跳出了這種傳統的權衡邏輯，采用了一種全新的拓撲設計，完全去除了DC-DC變換器，實現了“一步到位”的解決方案。在傳統多輸出電源設計中，輔助輸出經常受到主輸出的影響，這主要與變壓器繞組的固定物理圈數有關。盡管繞組的圈數是根據電壓比例設計的，但由于繞組間存在不同的漏感，在不同負載條件下，各輸出電壓并不總是按預期的比例分配。這尤其會導致輕負載輸出出現“峰值”充電現象，進而導致輸出電壓飄高。同時，多路輸出的功率分配是按繞組圈數自動進行的，只有主輸出（即參與反饋控制的輸出）能夠控制初級開關狀態。這意味著，無反饋的輔助輸出在電壓調控上無法得到有效的控制，導致輸出精度較低。

InnoMux™-2：革命性的解決方案

PI（Power Integrations）發布的InnoMux™-2正是為解決上述多輸出電源設計中的技術“痛點”而生。InnoMux™-2的架構采用了全新的設計理念，通過消除傳統的DC-DC變換器，實現了更高效的能量轉換，并克服了繞組固定圈數帶來的電壓分配問題。

從結構上看，InnoMux™-2通過智能控制電路，將能量動態分配到各個輸出電壓軌上。它利用一種虛擬的“動態繞組”概念，使得系統能夠根據負載情況實時調整輸出電壓，從而消除了傳統設計中電壓飄高的問題。這種設計不僅提高了效率，還確保了所有輸出的電壓精度，即使在多路輸出的情況下也能保持穩定。

與傳統的多輸出電源不同，InnoMux™-2的設計讓每一路輸出都具備反饋控制功能，無論是恒壓輸出還是恒流輸出。傳統的多輸出電源通常只有主輸出具有反饋調節，而輔助輸出則不參與反饋，導致輔助輸出的電壓容易隨著負載的變化而波動。然而，InnoMux™-2通過次級電路對每一路輸出進行監測，確保每路輸出的電壓或電流都能被精確控制。

InnoMux™-2的動態能量分配機制

當某一路的電壓或電流下降到設定值以下時，次級側的控制器通過FluxLink技術以脈沖的方式向初級電路發送一個開關請求信號。初級側接收到這個信號后，開關管開啟，能量開始在初級側積聚，并準備傳輸至次級側。然而，InnoMux™-2的獨特之處在于，這些能量只會被發起開關請求的那一路輸出接收，其他未發起請求的輸出將保持與變壓器斷開，無法獲取這部分能量。

為了實現這種精確的能量傳導，每路輸出電壓軌上都串聯了一個選通開關（通常是MOSFET），該選通開關由次級電路動態控制。只有發起請求的輸出對應的選通開關會導通，從而允許儲能釋放到相應的輸出軌道上。這種設計依賴于數字控制電路的高速和高精度特性，能夠在每個開關周期內動態調節能量的傳導路徑，使得每個周期中的能量只傳輸到需要的輸出上。這種精確的動態調控，確保了每一路輸出在任何負載條件下都能夠維持穩定的電壓或電流。

以一個典型的單繞組12V和5V雙路輸出的反激式電源為例，可以進一步理解InnoMux™-2的工作機制。當12V輸出電壓下降到反饋參考點以下時，次級側的控制器通過FluxLink發送開關請求信號，初級開關管導通，能量在初級側積聚。此時，次級的同步整流器（SR）導通，但12V輸出對應的選通FET處于關閉狀態，能量儲存完成后，再通過12V選通FET釋放到12V輸出軌，完成能量傳遞。

同樣，當5V輸出電壓下降到設定的反饋參考點以下時，次級控制器通過FluxLink發送開關請求，初級開關管再次導通，能量積聚。此時，5V輸出對應的選通FET導通，能量從初級側傳導到次級5V輸出軌，完成能量傳輸。

這種機制使得InnoMux™-2能夠在每個開關周期中動態調節能量的傳輸路徑，實現對多路輸出的高精度控制。每一路輸出的電壓或電流都可以根據實際需求精確調節，確保即使在負載變化的情況下，也能提供穩定的電源輸出。這不僅解決了傳統多輸出電源中反饋不充分的問題，還大幅提高了系統效率和輸出精度。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。

從上述波形中可以觀察到，GSR信號在初級功率開關管導通之前，會出現一個短暫的開通脈沖。這一特性體現了InnoMux™-2的又一創新點，即利用現有的同步整流（SR）FET實現零電壓開關（ZVS）。這種方法與傳統有源鉗位電路不同，完全不需要額外的復雜電路，從而在簡化設計的同時，還能將整體效率提高約0.5%到1%。

零電壓開關（ZVS）的原理與優勢

傳統電源設計中，零電壓開關技術通常需要額外的電路來實現，例如在有源鉗位拓撲中，必須引入額外的開關和電容網絡來降低開關損耗。而InnoMux™-2通過巧妙的設計，利用已有的同步整流FET來實現ZVS。這意味著在功率開關管導通前，通過控制同步整流器的短暫導通，使得主開關管在零電壓狀態下啟動，從而減少了開關損耗，提高了轉換效率。

具體來說，在主開關管導通前，次級的同步整流FET會被短暫激活，釋放電路中的殘余能量，使得主開關管兩端的電壓降到接近零。當主開關管在零電壓下導通時，由于沒有顯著的電壓應力，開關損耗被大幅度降低。這一創新設計不僅提升了電源效率，還減少了器件的熱應力，有助于提高系統的可靠性。

InnoMux™-2的ZVS特性使其非常適合于高效能、多輸出電源的設計，特別是在對能效要求嚴格的應用場景中，如LCD電視、LED照明以及智能家居設備等。通過減少開關損耗和優化能量傳輸路徑，InnoMux™-2在實現更高轉換效率的同時，確保了系統的穩定性和長壽命。

InnoMux™-2的具體工作過程可以分為以下幾個步驟：

初級開關導通前：首先，控制電路會讓同步整流（SR）FET短暫導通一段時間。此時，次級側繞組中會產生一個反向電流，這個電流的能量來源于5V輸出電容。接下來，當SR FET關斷時，反向電流會被引導至初級繞組，并通過漏極傳輸至直流母線的正極。

VDS電壓的放電過程：通過這個反向電流，初級側功率開關管的VDS電壓被放電，并迅速降低至接近零。當VDS電壓接近“0”時，控制器發送初級開關管的導通驅動信號，此時實現了零電壓開關（ZVS）的效果。

這種ZVS實現方式是基于電路工作在斷續導電模式（DCM）時的特性。當反激式電源工作在高壓輸入條件下時，通常都處于DCM工作模式，而此時也是初級功率開關管的開關損耗較高的場景。通過ZVS技術，開關損耗被大幅度降低。而在低壓輸入時，電源一般設計為連續導電模式（CCM），此時即使無法實現ZVS，由于導通損耗較低，對整體效率和功率管的溫升影響也較小。

解決音頻噪音問題：脈沖共享技術

雖然InnoMux™-2可以通過引導每個開關脈沖的能量來實現精確的多路輸出控制，但當某一路輸出的負載較輕時，這一路輸出請求開關的脈沖頻率可能會下降到音頻范圍，從而可能引發音頻噪音的問題。

InnoMux™-2通過一項獨特的控制技術——“脈沖共享”來解決這一問題。當某路輸出的負載變輕時，InnoMux™-2會動態調整開關脈沖的分配方式，通過讓多個輸出共享相同的脈沖周期，避免了單一路輸出頻率過低引發的音頻噪音。這種脈沖共享技術不僅有效解決了噪音問題，還能在輕載條件下保持高效的能量管理。

實際上，InnoMux™-2的操作方式并不完全如我們之前所描述的那樣，即每個初級脈沖的能量都直接輸送給某個特定的輸出。因為這種方式容易導致由于負載變化引起的磁通釋放不一致，從而使得變壓器在不同開關周期內的次級電流波形不一致。這種不一致的電流波形如果進入音頻頻率范圍或接近變壓器的固有振蕩頻率，就可能引發音頻噪音問題，并且增加輸出紋波，這在高功率應用中尤為嚴重。

為了避免上述問題，InnoMux™-2采用了“脈沖共享”技術。在這種技術中，每個周期的初級能量不會僅僅集中在一個單一的輸出上，而是被分擔到多個輸出之間。具體操作如下：

能量分擔：在一個周期內，來自初級的能量會在最高電壓輸出（例如12V）和另一路低壓輸出（例如5V）之間分擔。通過選通開關的通斷控制，高壓輸出的剩余能量會被消耗在選通開關導通的低壓輸出負載上。

頻率和波形一致性：這種能量分擔方式可以使得高壓和低壓輸出都以較高的頻率操作，并且各周期間的次級電流波形保持相似。通過確保每個周期的能量在次級側的釋放模式接近一致，減少了次諧波頻率進入音頻范圍的風險，從而降低了音頻噪音。

紋波優化：由于每個輸出在更高的頻率下得到能量補充，輸出紋波也得到了有效控制。這不僅改善了電源的穩定性，還提升了整體的電源性能。

效率提升

InnoMux™-2的設計使得整體變換效率達到90%。相比傳統的單級反激加后級穩壓器的多輸出方案，其效率提高了10%。換句話說，浪費的能量減少了近一半。與單輸出電源的92%轉換效率相比，InnoMux™-2在額外僅2%的損耗下，實現了多路輸出的精確調整。這種改進對整體系統能效標準的滿足和供電電源待機表現的提升具有重要意義。