DER-931測評

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～拆箱時看著裹在泡泡紙里的板子，第一感覺就是小巧精致，拿在手里輕便又緊湊，完全契合工業及電器電源對 “小體積、高集成” 的需求，這種設計在空間受限的工業場景里肯定特別實用。

這款電源是基于 InnoSwitch4-CZ、ClampZero 和 MinE CAP 技術打造的 72W 工業及電器電源，官方主打高效能與高可靠性，從規格上看就能應對工業場景里對電源穩定性、轉換效率的嚴苛要求。

底面

頂面

我迫不及待想驗證它的實際表現，先安排了一輪簡單上電測試：輸入 90Vac 交流電，設置為空載狀態，觀察輸出情況。從測試儀器的讀數能清晰看到，12V 輸出非常穩定，數值幾乎沒有波動，穩穩卡在 12.00V，這初步驗證了電源的穩壓性能，給后續深度測試開了個好頭！

電源規格，如下圖

有上表可以看到空載功率可以到50mW，已經比較優秀了，紋波在250mW比較小，受設備限制，空載功耗沒法測試。

再看看原理圖

借用原廠應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，并針對元件故障提供保護功能。電感器L1、L2連同電容器C1共同實現電磁干擾衰減。橋式整流器BR1對交流線路電壓進行整流，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

變壓器初級的一端連接到整流直流母線，另一端連接到InnoSwitch4-CZ IC (U3)內部的PowiGaN開關的漏極終端。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提供輸入電壓感測功能。MinE-CAP IC使用電阻器R4和R5來監測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是用于幫助調節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負端處的電壓。MinE-CAP IC將來自VTOP和VBOT引腳的信息綜合起來，以確定并控制低壓整體電容器C4兩端的電壓狀態。InnoSwitch4-CZ IC借助L針引來的電流來判斷線路電壓不足和過壓狀態。在正常運行期間，來自L針的電流會跟隨流經R4和R5的電流值變化。因此，InnoSwitch4-CZ IC的運作方式就好像上述電阻器直接連接至V針一樣。對于此特定設計而言，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InnoSwitch4-CZ IC所需的電流限值來選擇的。InnoSwitch4-CZ IC的旁路引腳在啟動期間也會為ClampZero IC(U2)的BP1引腳提供供電。

主鉗位電容C8在U3內部PowiGaN開關斷開瞬間限制了U3中U3的峰值漏極電壓。儲存在變壓器T1的漏感中的能量將被轉移至電容C8。部分磁化能量也會根據所使用的電容值被轉移至C8。齊納二極管VR1被用作一種安全保護機制，用以在電源出現任何故障時保護InnoSwitch4-CZIC免受過大的漏極電壓影響。

當從副邊接收到磁通耦合（FluxLink）信號時，InnoSwitch4-CZ 集成電路會生成一個高端驅動（HSD）信號，用以導通箝位零電壓（ClampZero）器件。當箝位零電壓集成電路（U2）導通后，為實現 InnoSwitch4-CZ 原邊開關的軟開關功能：

• 若工作在連續導通模式（CCM）下，箝位電容 C8 會開始為變壓器的漏感充電；

• 若工作在斷續導通模式（DCM）下，箝位電容 C8 則會同時為變壓器的漏感與勵磁電感充電。

從高端開關關斷的瞬間起，電路會設置一個微小延時，以此實現原邊開關的零電壓開關（ZVS）效果。該延時可通過電阻 R6 的不同阻值進行編程設定。

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引腳實現去耦。二極管D1與電容C7共同構成一個自舉電路，為高端側的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功能：當首次接入交流電時，其內部的高壓電流源會對原邊旁路（PRIMARY BYPASS）引腳的電容C10進行充電。在正常工作狀態下，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二極管D2整流、電容C9濾波后，會形成一個恒定電壓源，并通過電阻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。

電路通過調制控制實現輸出穩壓，具體方式為根據輸出負載調節開關周期的頻率與限流閾值（ILIM）。

• 高負載工況下：在選定的限流閾值區間內，大多數開關周期均以高限流閾值運行；

• 輕載或空載工況下：大多數開關周期被關斷，僅少數啟用的周期以選定區間內的低限流閾值運行。

任一開關周期被啟用后，開關管會保持導通狀態，直至原邊電流上升至該工作狀態對應的器件限流閾值。

原邊閂鎖關斷 / 自動重啟過壓保護功能，由齊納二極管VR2及限流電阻R9共同實現。在反激式變換器中，偏置繞組的輸出電壓會通過繞組匝數比，與變換器的輸出電壓保持同步變化。當變換器輸出端出現過壓故障時，輔助繞組電壓隨之升高，并致使齊納二極管VR2擊穿；擊穿后會產生一股電流流入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控制器將觸發自動重啟機制，以阻止輸出電壓進一步升高。

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功能：輸出電壓采集、輸出電流檢測，以及驅動用于實現同步整流的金屬 - 氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）。

變壓器副邊的輸出，經同步整流場效應晶體管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。開關瞬態過程中產生的、原本會形成輻射電磁干擾（EMI）的高頻振鈴，通過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，會根據經由電阻 R10 采集并輸入至該芯片 FWD 引腳的繞組電壓信號，來驅動同步整流場效應晶體管Q1的柵極使其導通。

在連續導通模式（CCM）下，同步整流金屬 - 氧化物半導體場效應晶體管（SR MOSFET）會在副邊電路向原邊電路發送新開關周期指令之前關斷。在斷續導通模式（DCM）下，當該場效應晶體管兩端的壓降降至 VSR (TH)（同步整流閾值電壓）以下時，功率場效應晶體管隨即關斷。

集成電路 U3 的副邊電路可通過副邊繞組正向電壓或輸出電壓實現自供電。但為了提升系統效率并降低副邊電路的內部功耗，可增設一路偏置繞組電路。連接至 InnoSwitch4-CZ U3 芯片BPS 引腳的電容 C13，用于為其內部電路提供去耦功能。

恒流閾值（CC threshold）以下時，器件工作于恒壓模式（constant voltage mode）。恒壓模式下，電路通過分壓電阻R14與R15采集輸出電壓，以此實現輸出電壓的穩壓控制。電阻R15兩端的電壓被輸入至反饋引腳（FB pin），該引腳的內部參考電壓閾值為1.265 V。器件會對輸出電壓進行穩壓調節，使反饋引腳上的電壓穩定在1.265 V。電容C18用于對反饋引腳上的信號進行濾波，抑制噪聲干擾。

輸出電流的檢測，是通過監測IS 引腳與副邊地引腳之間電阻R12和R13兩端的壓降來實現的。約35 mV的檢測閾值可降低電路損耗。電容C14用于對 IS 引腳的信號進行濾波，以抑制外部噪聲干擾。

一旦電流檢測值超過芯片內部的電流閾值，器件便會調節開關脈沖的數量，從而維持輸出電流恒定。此外，電阻R12和R13還可在輸出端發生短路故障時，起到后備保護的作用。

PCB layout

Top

Bottom

Bom表

變壓器

原理圖

變壓器結構圖

效率測試

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

結論：板子小巧，開放條件下， 6A負載效率很高，推薦用于工業應用輔助電源。

請將我們設為“星標”，這樣就會第一時間收到推送消息。

歡迎關注EEWorld旗下訂閱號：“機器人開發圈”

掃碼添加小助手回復“機器人”

進群和電子工程師們面對面交流經驗