下一代48V分布式電源架構(gòu)的電源設(shè)計

集成浪涌控制

原型產(chǎn)品的尺寸限制意味著無法采用傳統(tǒng)的限制浪涌的方法。在這種情況下,CD的工程師進(jìn)行浪涌控制的方法是在其中的兩個輸入二極管處使用硅控整流器(SCR),參見圖3。這些SCR最初在輸入電壓即將過零前啟用,讓短電流脈沖開始為大容量電容充電。在幾個循環(huán)中,啟動點逐漸前移,直到接近電源的峰點。這樣就完成了浪涌保護(hù)過程。這時,對SCR的啟動使它們像普通二極管一樣工作,然后允許電路的其它部分啟動。

圖3

這種作法也提供勝于熱敏電阻等方法的保護(hù)功能。在經(jīng)過一段時間的低輸入電壓下的低負(fù)載后,負(fù)載的增加可能造成大量電壓損耗,導(dǎo)致裝置跳閘或無法調(diào)整,直至熱敏電阻的溫度上升。有了SCR設(shè)計提供的浪涌保護(hù)后,輸入電壓不再以這種方式下降。使用SCR方法后,仍會發(fā)生浪涌現(xiàn)象,但浪涌會降低至可接受的水平。這也有助于保險絲的選擇,因為浪涌電流的有效值小于穩(wěn)態(tài)電流。盡管電流脈沖可能會很大(僅受到電源和輸入濾波器阻抗的限制),浪涌均方根值(是選擇保險絲或斷路器時的關(guān)鍵參數(shù))還是完全位于可能會使用的最小裝置的性能范圍之內(nèi)。并且,因為這一最新的浪涌控制機(jī)制,保險絲可以是高熔斷類型中最常見的“F”型（快熔型）。

絕緣金屬基板(IMS)

即使假設(shè)通過采用提高效率的方式(例如直流/直流轉(zhuǎn)換器常用的方式)可以達(dá)到高于平均值的效率,我們的輸出率和效率目標(biāo)也表明原型設(shè)計必須在全負(fù)載時能夠散發(fā)高達(dá)100瓦的熱量。通過以熱耦合方式耦合至散熱片或其它散熱表面,可以有效地將原型產(chǎn)品基板上的熱量散去。這里的問題是如何將組件的熱量通過印刷電路板轉(zhuǎn)移至基板。特別要注意的是,很明顯使用傳統(tǒng)的FR4 印刷電路板材料無法滿足散熱要求。但是另一種選擇,絕緣金屬基板(IMS)技術(shù)(銅箔軌和金屬基板間夾有一個薄薄的電介質(zhì)層,如圖4所示)卻能提供一種滿足散熱要求的方法。

圖4

關(guān)鍵技術(shù)是電介質(zhì)材料,它必須能夠提供良好的導(dǎo)熱性和電介質(zhì)絕緣性。而限制因素是：基板必須提供必要的熱性能,而不能讓電介質(zhì)過薄,也不能有過多的填充材料。為了達(dá)到這些目標(biāo),CD選擇的Thermagon 1KA T-preg IMS所使用的電介質(zhì)擁有4.0W/mK左右的熱導(dǎo)率?；遄陨淼奶匦栽诤艽蟪潭壬先Q于它的尺寸和其它參數(shù),包括金屬的厚度和特殊技術(shù)的使用(例如可焊散熱片、內(nèi)層和導(dǎo)熱孔)。CD原型產(chǎn)品的最大允許基板溫度為行業(yè)事實標(biāo)準(zhǔn)100°C(用一個熱電偶穿過散熱片上的一個小孔與基板中央接觸來測量溫度)。知道了滿足標(biāo)準(zhǔn)磚型模塊占位面積所必須的基板最大尺寸后,就可以確定金屬的厚度和其它優(yōu)化技術(shù)以滿足基板最大允許溫度要求。

除熱性能外,Thermagon之所以成為一個關(guān)鍵性選擇還有另外兩個原因。首先,其0.2毫米絕緣材料具備與目標(biāo)用途相關(guān)的UL認(rèn)證;其次,進(jìn)行組裝的多家印刷電路板生產(chǎn)廠都可使用這一技術(shù),所以可以確保資源的充足性。