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新型功率系統(tǒng)級封裝隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器

—— PI3101 Cool-Power? 60 Watt Isolated DC-DC Converter Setting a New Benchmark for Size and Power Density
作者:C. R. Swartz Picor公司首席應(yīng)用工程師 N. Smithfield , R.I., USA 時(shí)間:2011-02-21 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
     深入了解

  的核心是具有專利的雙鉗位零電壓開關(guān)功率級拓?fù)?,工作在斷續(xù)模式,操作頻率超過1MHz。圖2是 的拓?fù)鋱D,用來解釋其基本工作原理。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/117020.htm

  PI3101使用了四個(gè)原邊MOSFET和一個(gè)同步MOSFET,共同組成了功率傳輸?shù)淖酉到y(tǒng)。 Q1和Q4是功率開關(guān)管,Q2和Q5是鉗位開關(guān)管,Q3是同步MOSFET。此拓?fù)涞墓β恃h(huán)有6個(gè)顯著階段,此循環(huán)以前一循環(huán)的結(jié)束為開始,如圖3所示。

  1.鉗位階段到 T1的轉(zhuǎn)換

  Q2與Q4開通,Q5與Q1關(guān)斷。連接到Q5漏極的鉗位電容被充電至大小為Vout*(Np/Ns)的反射電壓。如果變壓器磁芯已經(jīng)復(fù)位,那么最小周期定時(shí)器使Q2關(guān)斷。如果需要額外的復(fù)位時(shí)間,最小周期將延長至磁芯完成復(fù)位。只要Q2與Q4全部開通,就會有鉗位電流,Q2關(guān)斷后將轉(zhuǎn)化為勵(lì)磁電流,同時(shí)原邊繞組上產(chǎn)生伏—秒。必須有持續(xù)的勵(lì)磁電流,因此VS1節(jié)點(diǎn)隨著Q2的D-S電容充電和Q1的電容放電而升高到Vin。隨著VS1的上升,專用控制器激活原邊的伏—秒監(jiān)控。

  2.T1的功率儲能階段

  Q1零電壓開通,并且變壓器的原邊電流斜坡上升,變壓器儲存的能量由內(nèi)部誤差放大器決定,是負(fù)載電流和線電壓的函數(shù)。在這個(gè)過程,Q1與Q4全部開通。專用控制器開始監(jiān)控原邊的伏—秒。

  3.向T3階段的轉(zhuǎn)換

  Q1與Q4快速關(guān)斷。專用驅(qū)動器和MOSFET使此轉(zhuǎn)換為無損轉(zhuǎn)換。VS1的下降和VS2的上升都非???,然后進(jìn)入原邊至副邊的功率傳輸階段。此時(shí)所有的開關(guān)都是關(guān)斷狀態(tài)。

  4.功率傳輸階段

  Q2和Q5開通后,同步MOSFET Q3開通。變壓器電感、鉗位電容以及專用智能門極驅(qū)動形成了諧振電路,Q3在最佳點(diǎn)以無損方式開通(和關(guān)斷)。隨著變壓器中儲存的能量釋放到負(fù)載和輸出電容,副邊電流斜坡上升。

  5.鉗位階段的轉(zhuǎn)換

  T3結(jié)束時(shí)能量已傳遞到負(fù)載,驅(qū)動器關(guān)斷Q3。主控制器監(jiān)控原邊伏—秒,并確定變壓器復(fù)位何時(shí)完成,然后關(guān)段Q5。VS2下降允許零電壓開通Q4。

  6.鉗位階段

  Q2和Q4再次開通。此時(shí)輸出電壓由具有專利的采樣反饋接口進(jìn)行監(jiān)測,并由PI3101控制電路進(jìn)行處理。最小周期定時(shí)器結(jié)束后,啟動下一個(gè)循環(huán)。鉗位階段保持的能量用于VS1節(jié)點(diǎn)的零電壓開通。

  與其它相比

  不難就相對尺寸、功率密度、效率和瞬態(tài)響應(yīng)來對隔離電源的品質(zhì)因數(shù)進(jìn)行直接比較。真正的困難在于找到另一隔離電源產(chǎn)品來與PI3101進(jìn)行比較。由于PI3101是目前市場上這個(gè)級別的首款產(chǎn)品,我們自然試圖將它與之前有的產(chǎn)品進(jìn)行比較,而不考慮尺寸差異。為了滿足這種天生的好奇心,表1比較了兩款當(dāng)前商用1/16磚的其它電源。這兩款轉(zhuǎn)換器稱為轉(zhuǎn)換器X 和轉(zhuǎn)換器Y。應(yīng)該注意到轉(zhuǎn)換器Y代表業(yè)界最好的1/16磚,而轉(zhuǎn)換器X代表現(xiàn)有轉(zhuǎn)換器的平均水平。表1列出一些標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)格,并與PI3101進(jìn)行了對比。

  由表1明顯地看到,PI3101與其兩倍尺寸大小的轉(zhuǎn)換器相比仍具有競爭力。PI3101的滿載效率同X轉(zhuǎn)換器的滿載效率相等,但在功率密度上卻有顯著提高。PI3101的功率密度比業(yè)界1/16磚最大功率的功率密度高兩倍以上,是平均功率密度的3.5倍。實(shí)際上,如果轉(zhuǎn)換器Y的功率密度同PI3101的功率密度相等,那么在相同的封裝內(nèi)它可產(chǎn)生將近180W的輸出功率,但由于商用方案固有技術(shù)的限制,最高功率密度也受到制約。為滿足1/16磚的典型需求,PI3101應(yīng)該能夠滿足平均負(fù)載、瞬態(tài)響應(yīng)、輸出精度的要求,并具有相似的效率。表1顯示的數(shù)據(jù)表明,PI3101滿足了這一條件的同時(shí)封裝尺寸減少一半,是尺寸敏感應(yīng)用的理想選擇。



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