导航:| 集同步整流和均流的次级电源控制器 提高CompactPCI电源的效率及性能 |
| Semtech International AG（上海）应用工程师 Chen Zhou |
| 摘 要：本文介绍了一种多路开关稳压电源及TOP247Y的工作原理，重点讨论了开关电源和高频变压器的设计。 关键词：开关电源;电磁干扰 |
引言   功率转换器最常见的拓扑是正激式拓扑，它在大约150～200kHz的开关频率下运行。这类传统的cPCI电源在次级用前向和续流肖特基二极管，并且用低压肖特基二极管作为输出冗余二极管。每个功率转换器的反馈通过光耦达到输入和输出的电气隔离。另外还需要一个专用的均流控制芯片。这样的cPCI电源的效率通常在75%左右。输出为200W的话，大约有66W的功率损耗，在环境温度为50℃、气流为200～400LFM下，3U机架里的温度会大幅上升。事实上，在cPCI系统机架内，为了保证电源工作的可靠性，需要给用户提供一个类似于图3的功率下降曲线图。尽管每个功率转换器的设计要求是为了提供更高的输出电流，然而电源的总输出功率要受工作环境温度和系统中的总气流量的限制。在400LFM和50℃环境温度情况下，一台效率为75%的3U电源最大输出功率一般不会超出200W。为了提高3U机架的输出功率，惟一的途径就是减少功耗。这只能通过后面论述的同步整流技术来实现。 次级同步整流的改进型cPCI电源    ---(2) 因为每个转换器都采用电流模式控制，所以当每个+5V转换器的Vea相同时，它们的次级输出电感会有相同的峰值电流。所以Vea值代表每个+5V转换器上输出电感的峰值电流。---(3) 如果某一个+5V转换器（转换器1）的电流大于另一个+5V转换器（转换器2）的电流，转换器1的Vea将会大于转换器2的Vea。此时转换器1的Vss就会下降，从而降低它的Vea直到它等于转换器2的Vea。 ---(4) 如果转换器1失效，转换器2的Ishare电压将会重新调整到一个新的电平，以启动其正常工作并和其他运行的转换器共享电流。 ---(5) 由于峰值主开关电流用于电流模式控制和电流均流控制，所以不需要用检测电阻检测次级电感平均电流。  ---(6) 由于这样的电流均流电路主要利用每个转换器次级输出电感上的峰值电流来控制电感上的平均电流（=转换器输出电流），每个转换器输出电感值之间的误差会造成每个转换器输出电流的误差。实验结果显示，重载时均流误差一般在3%～7%之内。定量损耗分析 ---在这一部分，对传统二极管整流cPCI电源（Non Syn）和同步整流cPCI电源（Syn.）作定量损耗分析。表5列出了传统二极管整流和同步整流所选择的一些功率器件。 ---让我们看一下一个200W 3U的传统cPCI电源的功率损耗和用SC4910实现同步整流的同样一个200W 3U cPCI电源的功率损耗。+5V和+3.3V转换器都设计为典型40A最大负载，而+12V转换器设计为典型7A最大负载。－12V输出有很低的电流，这里不做分析。  ---从图7至图9我们可以看出，同步整流转换器的功率损耗比传统二极管整流转换器的要低很多。就+5V转换器而言，传统的转换器仅在整流和冗余二极管上的损耗要比同样的采用同步整流转换器上的总损耗还要大。图10进一步说明了这一点。在一个传统整流转换器中，整流二极管和冗余二极管功耗大约占总功耗的2/3。而在同步整流转换器中，同步整流器和冗余MOSFET的功耗只占转换器总功耗的1/3。---图11是200W和400W传统非同步整流cPCI电源与同步整流cPCI电源的功耗和效率的对比图。从中可以看出，400W的同步整流cPCI电源的功率损耗近似等于200W传统二极管整流cPCI电源的功率损耗。因此，同样是3U的机架，同步整流电源的输出功率是传统二极管整流电源输出功率的两倍。   结束语 参考文献 |
---图1给出了cPCI电源的机械结构。通常，PCI系统中采用3U和6U机架。3U单元一般要提供大约200～250W的输出功率，6U单元一般要提供大约400～500W的输出功率。图1还给出了Positronic47管脚的功率和信号接口连接器（型号PCIH47M400A1）的剖面图，表1是每个管脚的电气定义。
---最近几年，功率MOSFET的性能得到了显著提高，器件的价格降低很快。由于MOSFET的导通电阻变得很低，在许多低输出电压应用电路里都利用了同步整流技术。为了提高电源的效率，设计者除了采用同步整流技术外别无选择。和购买其他类型的电源一样，用户总是想买到较新的并在现有的3U和6U机架内功率更大的cPCI电源。3U机架内传统的cPCI电源只能提供200W输出功率，如果电源的效率可以提高到85%～87%，理论上，就可以装配400W输出功率的电源。图4给出了采用同步整流技术的cPCI电源的电路方块图。