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200W開關電源功率級設計方案(4)

2011年04月22日 10:30 電源網 作者:Spring 用戶評論(0
5、 DC/DC 變換器

  如圖所示的Buck 變換器工作在連續模式,由一個簡單的,但是工作在100千赫的有效PWM 控制器控制。因為開放集電極輸出,使用一個由Q211/212 組成的驅動器來驅動P溝道MOSFET。通過Q209,D223和L6的峰值電流是6.3A。功耗差不多很容易被確定了。結果是∶器件需要的散熱器的熱阻不小於25℃/W。

  由於肖特基二極管的快速開關,寄生振蕩激烈,必須采用RC 網絡R246/C250和R247/C249 抑制。雖然在文獻中有很多如何確定這些網絡值的等式,經驗顯示計算值僅僅是實驗優化的一個初值。原則上,使用相容在一個FYP2010中的兩個二極管是可能的,但在這種情況下,每個封裝的功耗加倍了,散熱復雜了。另一個用兩個二極管代替一個的理由是,即自驅動同步整流器(未列出)準備的PCB 需要兩個單獨二極管。

  

 

  

 

  6. 待機電源

  由FSD210B 驅動的flyback 電源(圖5),不僅產生5v輸出電壓,而且也給FAN4800和FAN7382供電。通過OC2,主電源在待機期間是完全關閉的,只有這個電源仍然工作。

  通常這種電源沒有什麼特別的,而且可以很容易地在AN-4137和相關電子數據表,或SMPS 設計工具[3]的幫助下進行設計。

  實際設計的輸出電壓是5V,電流是0.3A,但有了上述工具,改變設計到一個不同輸出電壓和功率高達約6W,并不是一個問題。由於使用FOD2711BTV,輸出電壓下降到3.3V 也不是問題。

  7. PCB 布局和機械構造

  在文獻[4]中可以找到功率電子布局規則,談到高di/dt 的回路封閉區域和高dv/dt 節點的銅箔區域必須盡可能小,旨在減少電磁干擾。另外,Q1的源引腳,R233接地,R5右側和FAN4800 接地引腳應該連接成星形,以減少共阻抗耦合的負面效應。

  實際中的問題有∶對於較高輸出功率,PCB會較大;功率半導體必須放置在大散熱器上。結果是,往往不可能使回路小到應該達到的值,同時結合電流密度規則,布線和星形的銅芯面積會破壞完整的電路板。因此,一種高功率電源PCB有時是一種妥協,尤其是考慮成本須選擇單面PCB。

  如果密切留意實際的電路板,你會發現一些不太重要的信號走的路線不一定是最短路徑。這允許仿效星形連接的大型接地平面。此外,接地平面和熱信號之間的間隔應盡可能小(考慮可靠性,對於給定電壓,間距約2mm),以使回路最小。其次是成本因素,由一個2mm 厚鋁板組成的簡單散熱器,被彎曲成‘U’形,并被應用到初級和次級。只有Q1,消耗更多功率,需要一個額外的散熱器。

  8. 測試結果

  本電路板有一份詳細的測試報告。這里顯示了三項測試結果。

  8.1 待機電源和輸入電壓

  

 

  見圖78.2 全負載效率和輸入電壓見圖8

  

 

  輸入電壓大於110VRMS時,效率遠高於預計的81%。對較小的電壓,數據可通過一個低阻抗EMI濾波器和去除NTC1提高。

  8.3 功率開關和二極管波形見圖9

  

 

  圖9 的左側顯示Q212 的漏極電流(下跡線)和電壓(上跡線)。從電流看來,CCM中的PSU工作是很明顯的。該漏極電壓被很好地箝制在直流電源電壓,當MOSFET關閉時。變壓器去磁化之後,電壓開始下降。斜率由變壓器激磁電感和MOSFET 的CDS確定的諧振值決定。

  當MOSFET 導通時,漏極電壓有機會接近最低值,但由於勵磁電感的高誤差(+/-30%)這可能因不同電路板而異。圖10 的二極管波形清楚地顯示了當二極管關閉時的寄生振蕩。

  

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