DER-931測(cè)評(píng)

家人們！心心念念的 DER-931 demo 板終于到啦，剛拿到手就忍不住立刻拆箱～拆箱時(shí)看著裹在泡泡紙里的板子，第一感覺(jué)就是小巧精致，拿在手里輕便又緊湊，完全契合工業(yè)及電器電源對(duì) “小體積、高集成” 的需求，這種設(shè)計(jì)在空間受限的工業(yè)場(chǎng)景里肯定特別實(shí)用。

這款電源是基于 InnoSwitch4-CZ、ClampZero 和 MinE CAP 技術(shù)打造的 72W 工業(yè)及電器電源，官方主打高效能與高可靠性，從規(guī)格上看就能應(yīng)對(duì)工業(yè)場(chǎng)景里對(duì)電源穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換效率的嚴(yán)苛要求。

底面

頂面

我迫不及待想驗(yàn)證它的實(shí)際表現(xiàn)，先安排了一輪簡(jiǎn)單上電測(cè)試：輸入 90Vac 交流電，設(shè)置為空載狀態(tài)，觀察輸出情況。從測(cè)試儀器的讀數(shù)能清晰看到，12V 輸出非常穩(wěn)定，數(shù)值幾乎沒(méi)有波動(dòng)，穩(wěn)穩(wěn)卡在 12.00V，這初步驗(yàn)證了電源的穩(wěn)壓性能，給后續(xù)深度測(cè)試開(kāi)了個(gè)好頭！

電源規(guī)格，如下圖

有上表可以看到空載功率可以到50mW，已經(jīng)比較優(yōu)秀了，紋波在250mW比較小，受設(shè)備限制，空載功耗沒(méi)法測(cè)試。

再看看原理圖

借用原廠應(yīng)用指南解釋一下原理圖：

電路描述輸入整流器和EMI濾波輸入熔絲F1隔離電路，并針對(duì)元件故障提供保護(hù)功能。電感器L1、L2連同電容器C1共同實(shí)現(xiàn)電磁干擾衰減。橋式整流器BR1對(duì)交流線路電壓進(jìn)行整流，并在輸入電容器C2、C3和C4之間提供全波整流后的直流電。電源輸出端與輸入端之間連接的Y形電容器C11有助于降低共模電磁干擾。

InnoSwitch4-CZ IC 主電路

變壓器初級(jí)的一端連接到整流直流母線，另一端連接到InnoSwitch4-CZ IC (U3)內(nèi)部的PowiGaN開(kāi)關(guān)的漏極終端。InnoSwitch4-CZ IC的V引I腳直接與MinE-CAP IC的L引腳相連。電阻器R4和R5為both MinE-CAP IC和InnoSwitch4-CZ IC提供輸入電壓感測(cè)功能。MinE-CAP IC使用電阻器R4和R5來(lái)監(jiān)測(cè)線路電壓以及高壓整體電容器C4兩端的電壓。電阻器R1和R2是用于幫助調(diào)節(jié)C4兩端電壓的泄放電阻，而電阻器R3則被MinE-CAP IC用于采樣C4負(fù)端處的電壓。MinE-CAP IC將來(lái)自VTOP和VBOT引腳的信息綜合起來(lái)，以確定并控制低壓整體電容器C4兩端的電壓狀態(tài)。InnoSwitch4-CZ IC借助L針引來(lái)的電流來(lái)判斷線路電壓不足和過(guò)壓狀態(tài)。在正常運(yùn)行期間，來(lái)自L針的電流會(huì)跟隨流經(jīng)R4和R5的電流值變化。因此，InnoSwitch4-CZ IC的運(yùn)作方式就好像上述電阻器直接連接至V針一樣。對(duì)于此特定設(shè)計(jì)而言，旁路電容C5由InnoSwitch4-CZ IC的BPP針與MinE-CAP IC的BP針共同共享。C10的值是根據(jù)InnoSwitch4-CZ IC所需的電流限值來(lái)選擇的。InnoSwitch4-CZ IC的旁路引腳在啟動(dòng)期間也會(huì)為ClampZero IC(U2)的BP1引腳提供供電。

主鉗位電容C8在U3內(nèi)部PowiGaN開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間限制了U3中U3的峰值漏極電壓。儲(chǔ)存在變壓器T1的漏感中的能量將被轉(zhuǎn)移至電容C8。部分磁化能量也會(huì)根據(jù)所使用的電容值被轉(zhuǎn)移至C8。齊納二極管VR1被用作一種安全保護(hù)機(jī)制，用以在電源出現(xiàn)任何故障時(shí)保護(hù)InnoSwitch4-CZIC免受過(guò)大的漏極電壓影響。

當(dāng)從副邊接收到磁通耦合（FluxLink）信號(hào)時(shí)，InnoSwitch4-CZ 集成電路會(huì)生成一個(gè)高端驅(qū)動(dòng)（HSD）信號(hào)，用以導(dǎo)通箝位零電壓（ClampZero）器件。當(dāng)箝位零電壓集成電路（U2）導(dǎo)通后，為實(shí)現(xiàn) InnoSwitch4-CZ 原邊開(kāi)關(guān)的軟開(kāi)關(guān)功能：

• 若工作在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下，箝位電容 C8 會(huì)開(kāi)始為變壓器的漏感充電；

• 若工作在斷續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下，箝位電容 C8 則會(huì)同時(shí)為變壓器的漏感與勵(lì)磁電感充電。

從高端開(kāi)關(guān)關(guān)斷的瞬間起，電路會(huì)設(shè)置一個(gè)微小延時(shí)，以此實(shí)現(xiàn)原邊開(kāi)關(guān)的零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）效果。該延時(shí)可通過(guò)電阻 R6 的不同阻值進(jìn)行編程設(shè)定。

電容C5用于為集成電路U2的BP1引腳提供本地去耦功能。電容C6則為BP2引腳實(shí)現(xiàn)去耦。二極管D1與電容C7共同構(gòu)成一個(gè)自舉電路，為高端側(cè)的BP2引腳提供偏置電壓。電阻R7用于限制流入BP2引腳的電流。

InnoSwitch4-CZ 集成電路具備自啟動(dòng)功能：當(dāng)首次接入交流電時(shí)，其內(nèi)部的高壓電流源會(huì)對(duì)原邊旁路（PRIMARY BYPASS）引腳的電容C10進(jìn)行充電。在正常工作狀態(tài)下，原邊模塊由變壓器T1上的偏置繞組供電。該偏置繞組的輸出電壓經(jīng)二極管D2整流、電容C9濾波后，會(huì)形成一個(gè)恒定電壓源，并通過(guò)電阻R8為U3的BPP引腳供電。電阻R8的作用是限制流入InnoSwitch4-CZ 集成電路 U3原邊旁路引腳的電流。

電路通過(guò)調(diào)制控制實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)壓，具體方式為根據(jù)輸出負(fù)載調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)周期的頻率與限流閾值（ILIM）。

• 高負(fù)載工況下：在選定的限流閾值區(qū)間內(nèi)，大多數(shù)開(kāi)關(guān)周期均以高限流閾值運(yùn)行；

• 輕載或空載工況下：大多數(shù)開(kāi)關(guān)周期被關(guān)斷，僅少數(shù)啟用的周期以選定區(qū)間內(nèi)的低限流閾值運(yùn)行。

任一開(kāi)關(guān)周期被啟用后，開(kāi)關(guān)管會(huì)保持導(dǎo)通狀態(tài)，直至原邊電流上升至該工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的器件限流閾值。

原邊閂鎖關(guān)斷 / 自動(dòng)重啟過(guò)壓保護(hù)功能，由齊納二極管VR2及限流電阻R9共同實(shí)現(xiàn)。在反激式變換器中，偏置繞組的輸出電壓會(huì)通過(guò)繞組匝數(shù)比，與變換器的輸出電壓保持同步變化。當(dāng)變換器輸出端出現(xiàn)過(guò)壓故障時(shí)，輔助繞組電壓隨之升高，并致使齊納二極管VR2擊穿；擊穿后會(huì)產(chǎn)生一股電流流入InnoSwitch4-CZ 集成電路 U3的BPP引腳。若流入BPP引腳的電流升高至ISD閾值之上，U3控制器將觸發(fā)自動(dòng)重啟機(jī)制，以阻止輸出電壓進(jìn)一步升高。

InnoSwitch4-CZ 集成電路 副邊電路

nnoSwitch4-CZ 集成電路的副邊電路具備三項(xiàng)功能：輸出電壓采集、輸出電流檢測(cè)，以及驅(qū)動(dòng)用于實(shí)現(xiàn)同步整流的金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）。

變壓器副邊的輸出，經(jīng)同步整流場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1與二極管D3整流后，再由電容C15和C16濾波。電容C19和C20用于抑制輸出電壓的高頻紋波。開(kāi)關(guān)瞬態(tài)過(guò)程中產(chǎn)生的、原本會(huì)形成輻射電磁干擾（EMI）的高頻振鈴，通過(guò)RCD 緩沖電路（由電阻 R11、電容 C12 和二極管 D4 組成）得到抑制。其中二極管D4的作用是最大限度降低電阻R11的功耗

集成電路U3的副邊控制器，會(huì)根據(jù)經(jīng)由電阻 R10 采集并輸入至該芯片 FWD 引腳的繞組電壓信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)同步整流場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1的柵極使其導(dǎo)通。

在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下，同步整流金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SR MOSFET）會(huì)在副邊電路向原邊電路發(fā)送新開(kāi)關(guān)周期指令之前關(guān)斷。在斷續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下，當(dāng)該場(chǎng)效應(yīng)晶體管兩端的壓降降至 VSR (TH)（同步整流閾值電壓）以下時(shí)，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管隨即關(guān)斷。

集成電路 U3 的副邊電路可通過(guò)副邊繞組正向電壓或輸出電壓實(shí)現(xiàn)自供電。但為了提升系統(tǒng)效率并降低副邊電路的內(nèi)部功耗，可增設(shè)一路偏置繞組電路。連接至 InnoSwitch4-CZ U3 芯片BPS 引腳的電容 C13，用于為其內(nèi)部電路提供去耦功能。

恒流閾值（CC threshold）以下時(shí)，器件工作于恒壓模式（constant voltage mode）。恒壓模式下，電路通過(guò)分壓電阻R14與R15采集輸出電壓，以此實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)壓控制。電阻R15兩端的電壓被輸入至反饋引腳（FB pin），該引腳的內(nèi)部參考電壓閾值為1.265 V。器件會(huì)對(duì)輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)，使反饋引腳上的電壓穩(wěn)定在1.265 V。電容C18用于對(duì)反饋引腳上的信號(hào)進(jìn)行濾波，抑制噪聲干擾。

輸出電流的檢測(cè)，是通過(guò)監(jiān)測(cè)IS 引腳與副邊地引腳之間電阻R12和R13兩端的壓降來(lái)實(shí)現(xiàn)的。約35 mV的檢測(cè)閾值可降低電路損耗。電容C14用于對(duì) IS 引腳的信號(hào)進(jìn)行濾波，以抑制外部噪聲干擾。

一旦電流檢測(cè)值超過(guò)芯片內(nèi)部的電流閾值，器件便會(huì)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)脈沖的數(shù)量，從而維持輸出電流恒定。此外，電阻R12和R13還可在輸出端發(fā)生短路故障時(shí)，起到后備保護(hù)的作用。

PCB layout

Top

Bottom

Bom表

變壓器

原理圖

變壓器結(jié)構(gòu)圖

效率測(cè)試

220Vac輸入

VDS波形

265VAC Input, Full Load.

Normal Operation
Ch1: VDS, V / div., ms / div.
VDS(MAX): 538V

SR Mos反向電壓

265 VAC Input, Full Load.

Normal Operation
Ch1: 12V_VDIODE, V / div., ms / div.
12V_VDIODE(MAX):51.8V

結(jié)論：板子小巧，開(kāi)放條件下， 6A負(fù)載效率很高，推薦用于工業(yè)應(yīng)用輔助電源。

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