打破行业魔咒！PI全新TOPSwitchGaN IC将反激拓扑功率上限拓展至440W

以前，当电源工程师面对300W、400W的功率需求时，摆在面前的似乎只有一条路：放弃简单可靠的反激拓扑，转身投入LLC谐振拓扑的“怀抱”。虽然LLC谐振拓扑具有高效率、高功率密度和低电磁干扰等显著优点，但也存在若干缺点，比如更复杂的控制环路、更多的外围器件、更棘手的磁件设计……为了功率等级，代价是成倍增加的开发难度。

如今，这个“中高功率必选LLC”的行业信条被正式打破——深耕高压高能效功率转换领域的知名公司Power Integrations（以下简称“PI”）用一项颠覆性技术重新定义了反激拓扑的边界，其近日全新推出的TOPSwitchGaN™反激式IC系列产品将传统反激拓扑250W的功率上限一举拓展至440W，旨在让中高功率电源设计回归简洁。

从30亿颗芯片到氮化镓的融合

作为PI当家花旦产品之一，TOPSwitch自1994年首次推出以来，便成为了中小功率AC/DC电源设计中的一大主流方案。

“这颗将高压MOSFET与低压控制器集成于三引脚单片IC的芯片，目前已累计实现全球出货超30亿颗，平均每个普通家庭中就有两颗TOPSwitch芯片应用于各类家电产品。”据PI首席技术培训师Jason Yan介绍，TOPSwitch凭借高集成度和易用性，长期占据家电、消费电子等领域的主流市场。而此次推出的TOPSwitchGaN系列，作为第七代TOPSwitch产品，更是在传承经典架构优势的基础上，借助氮化镓（GaN）技术的革新，实现了反激拓扑功率边界的跨越式突破。

要知道，传统反激电源往往受限于硅器件的性能瓶颈，功率上限长期被限制在250W以内，若超过这一功率就必须采用半桥或LLC谐振等更复杂的拓扑结构。这不仅增加了设计难度，还推高了成本和体积。而TOPSwitchGaN的核心突破在于，它将PI成熟的PowiGaN技术与经典的TOPSwitch架构深度融合，并将800V耐压的PowiGaN氮化镓开关集成在IC内部，将反激变换器的功率范围扩展至50W-440W，实现了从低功率到中高功率的无缝覆盖，让单端反激电路得以切入以往由LLC谐振拓扑主导的应用领域。

新IC关键技术特性与性能优势

据了解，TOPSwitchGaN采用了与TinySwitch-5相同的控制和电路架构，实现了多项性能突破。

一是，功率与效率的双重提升。得益于PowiGaN开关极低的导通损耗和开关损耗，该系列产品在10%-100%的全负载范围内，效率变化小于1%，最高效率可达92.8%，即使在115V低压输入场景下，效率也能稳定在90%以上。这一特性彻底解决了LLC谐振拓扑在轻载时效率骤降的行业痛点，实现了全负载范围内的高效稳定运行。不仅如此，产品空载功耗更是低于50mW，远优于传统反激IC 80-100mW的水平，在300mW输入限制下可提供210mW的待机负载输出，能够轻松满足欧盟ErP等严苛的能源法规要求，支持家电时钟显示、告警提示等更多待机功能。

二是，系统设计与成本控制的全面优化。依托氮化镓器件的低发热特性，该系列在50W-200W功率段可实现无外置散热片设计，仅通过PCB板散热即可稳定工作，大幅降低了BOM成本和产品体积；而在300W-440W的高功率段，仅需简单加装散热片即可满足散热需求。与LLC谐振方案相比，TOPSwitchGaN反激方案的元件数量从104个精简至74个，且无需额外的前级PFC电路和辅助供电电源。这不仅简化了设计流程，还使电路板尺寸缩小近20%，显著提升了产品的可生产性和成本竞争力。此外，该系列与PI此前推出的TinySwitch-5 IC引脚兼容，便于客户快速完成方案升级与替换，进一步缩短了设计周期。

三是，数字控制与精细调节的创新突破。TOPSwitchGaN沿用了TinySwitch-5的数字控制架构，其输出电压精度在单台测试中可达±0.5%，批量生产时综合调整精度优于±5%，这为某些应用场景提供了使用稳压管替代TL431的低成本方案。而导通时间延长技术，则解决了低压输入时的满载输出问题，允许使用更小的输入滤波电容。同时，150kHz的最高开关频率在EMI与变压器尺寸之间提供了设计权衡空间，给予工程师更多灵活性。另外，在动态响应方面，数字控制环路配合光耦反馈，实现了微安级控制电流，不仅响应速度快，还允许使用更小的输出滤波电容。以上这些细节优化，共同构成了TOPSwitchGaN在系统层面的综合优势。

反激拓扑与LLC谐振拓扑的差异

为了进一步说明TOPSwitchGaN的优势，Jason Yan重点对比了反激拓扑与LLC谐振拓扑的差异。他指出，LLC谐振拓扑虽在固定输入、固定输出电压的满载场景下效率较高，且EMI干扰小、输出纹波低，但是存在轻载效率低、空载功耗高、设计复杂、仅支持单路输出等局限，并且大多数情况下需要搭配前级PFC电路，进一步增加了成本和体积。而TOPSwitchGaN反激方案不仅支持90-264V宽电压输入，还能轻松实现多路输出设计，仅需增加变压器绕组和整流滤波电路，即可实现8V、12V、24V等多种输出电压，因此更适合电动自行车充电器、家电、工业电源等需要宽电压、多输出的应用场景。

通过具体的工程案例对比，Jason Yan量化了TOPSwitchGaN的性能优势。在168W设计方案中，采用TOPSwitchGaN的反激方案（DER-1018）与采用HiperLCS-1的LLC方案（DER-850）相比，230VAC输入时的轻载效率达到89.9%，远超LLC方案的83.0%；空载输入功率仅0.26W，远低于LLC方案的2.68W；电路板尺寸缩小19%，元件数量减少30个，综合成本优势显著。即使在高压输入场景下，LLC方案不加PFC时效率略高于反激方案，但无法支持宽电压输入，应用范围受限；若加上PFC电路，其效率则低于TOPSwitchGaN反激方案。

在产品封装与供货方面，TOPSwitchGaN可提供两种封装形式，以满足不同应用需求。其中，eSOP™-12表面贴装封装（K后缀）适合超薄设计，无需散热片即可实现135W（85-265VAC）输出，非常适用于家电等场景；而eSIP™-7立式封装（E后缀）可最大限度减少PCB占板面积，热阻与TO-220封装相当，加装散热片后可实现更宽功率范围，适用于电动工具、电动自行车充电器等场景。

目前，该系列产品已正式量产供货。为了帮助工程师快速上手，PI为新产品提供了丰富的设计支持：PI Expert设计软件已支持TOPSwitchGaN的变压器设计；DER-1079（60W家电电源）、DER-1019（356W工业电源）和RDK-1018（168W电动自行车充电器）等参考设计。其中，RDK-1018还提供实物电源板，便于客户快速评估和开发。

结 语

总之，此次TOPSwitchGaN系列的发布，不仅打破了功率边界，更重新定义了中高功率电源的设计标准。作为PI在反激拓扑领域的突破性产品，TOPSwitchGaN将反激拓扑的简单性、低成本优势与氮化镓技术的高效能、小体积优势完美结合，为工程师提供了更灵活、更具成本竞争力的设计选择，有望推动家电、电动工具、工业电源等领域的产品升级。

正如Jason Yan所言：“反激电源的功率上限提升，得益于GaN器件和控制技术的双重迭代。从早期的三极管、MOSFET到如今的GaN，从模拟控制到数字控制，我们一步步将反激的功率边界从150W推到250W，再推到今天的440W以上。”这场由氮化镓驱动的拓扑演进，正在重新定义电源设计的游戏规则。