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DER-931测评

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家人们!心心念念的 DER-931 demo 板终于到啦,刚拿到手就忍不住立刻拆箱~拆箱时看着裹在泡泡纸里的板子,第一感觉就是小巧精致,拿在手里轻便又紧凑,完全契合工业及电器电源对 “小体积、高集成” 的需求,这种设计在空间受限的工业场景里肯定特别实用。



这款电源是基于 InnoSwitch4-CZ、ClampZero 和 MinE CAP 技术打造的 72W 工业及电器电源,官方主打高效能与高可靠性,从规格上看就能应对工业场景里对电源稳定性、转换效率的严苛要求。


底面


顶面

我迫不及待想验证它的实际表现,先安排了一轮简单上电测试:输入 90Vac 交流电,设置为空载状态,观察输出情况。从测试仪器的读数能清晰看到,12V 输出非常稳定,数值几乎没有波动,稳稳卡在 12.00V,这初步验证了电源的稳压性能,给后续深度测试开了个好头!



电源规格,如下图


有上表可以看到空载功率可以到50mW,已经比较优秀了,纹波在250mW比较小,受设备限制,空载功耗没法测试。

再看看原理图


借用原厂应用指南解释一下原理图:

电路描述输入整流器和EMI滤波输入熔丝F1隔离电路,并针对元件故障提供保护功能。电感器L1、L2连同电容器C1共同实现电磁干扰衰减。桥式整流器BR1对交流线路电压进行整流,并在输入电容器C2、C3和C4之间提供全波整流后的直流电。电源输出端与输入端之间连接的Y形电容器C11有助于降低共模电磁干扰。

InnoSwitch4-CZ IC 主电路

变压器初级的一端连接到整流直流母线,另一端连接到InnoSwitch4-CZ IC (U3)内部的PowiGaN开关的漏极终端。InnoSwitch4-CZ IC的V引I脚直接与MinE-CAP IC的L引脚相连。电阻器R4和R5为both MinE-CAP IC和InnoSwitch4-CZ IC提供输入电压感测功能。MinE-CAP IC使用电阻器R4和R5来监测线路电压以及高压整体电容器C4两端的电压。电阻器R1和R2是用于帮助调节C4两端电压的泄放电阻,而电阻器R3则被MinE-CAP IC用于采样C4负端处的电压。MinE-CAP IC将来自VTOP和VBOT引脚的信息综合起来,以确定并控制低压整体电容器C4两端的电压状态。InnoSwitch4-CZ IC借助L针引来的电流来判断线路电压不足和过压状态。在正常运行期间,来自L针的电流会跟随流经R4和R5的电流值变化。因此,InnoSwitch4-CZ IC的运作方式就好像上述电阻器直接连接至V针一样。对于此特定设计而言,旁路电容C5由InnoSwitch4-CZ IC的BPP针与MinE-CAP IC的BP针共同共享。C10的值是根据InnoSwitch4-CZ IC所需的电流限值来选择的。InnoSwitch4-CZ IC的旁路引脚在启动期间也会为ClampZero IC(U2)的BP1引脚提供供电。

主钳位电容C8在U3内部PowiGaN开关断开瞬间限制了U3中U3的峰值漏极电压。储存在变压器T1的漏感中的能量将被转移至电容C8。部分磁化能量也会根据所使用的电容值被转移至C8。齐纳二极管VR1被用作一种安全保护机制,用以在电源出现任何故障时保护InnoSwitch4-CZIC免受过大的漏极电压影响。

当从副边接收到磁通耦合(FluxLink)信号时,InnoSwitch4-CZ 集成电路会生成一个高端驱动(HSD)信号,用以导通箝位零电压(ClampZero)器件。当箝位零电压集成电路(U2)导通后,为实现 InnoSwitch4-CZ 原边开关的软开关功能:

  • 若工作在连续导通模式(CCM)下,箝位电容 C8 会开始为变压器的漏感充电;

  • 若工作在断续导通模式(DCM)下,箝位电容 C8 则会同时为变压器的漏感与励磁电感充电。

从高端开关关断的瞬间起,电路会设置一个微小延时,以此实现原边开关的零电压开关(ZVS)效果。该延时可通过电阻 R6 的不同阻值进行编程设定。

电容C5用于为集成电路U2的BP1引脚提供本地去耦功能。电容C6则为BP2引脚实现去耦。二极管D1与电容C7共同构成一个自举电路,为高端侧的BP2引脚提供偏置电压。电阻R7用于限制流入BP2引脚的电流。

InnoSwitch4-CZ 集成电路具备自启动功能:当首次接入交流电时,其内部的高压电流源会对原边旁路(PRIMARY BYPASS)引脚的电容C10进行充电。在正常工作状态下,原边模块由变压器T1上的偏置绕组供电。该偏置绕组的输出电压经二极管D2整流、电容C9滤波后,会形成一个恒定电压源,并通过电阻R8为U3的BPP引脚供电。电阻R8的作用是限制流入InnoSwitch4-CZ 集成电路 U3原边旁路引脚的电流。

电路通过调制控制实现输出稳压,具体方式为根据输出负载调节开关周期的频率与限流阈值(ILIM)。

  • 高负载工况下:在选定的限流阈值区间内,大多数开关周期均以高限流阈值运行;

  • 轻载或空载工况下:大多数开关周期被关断,仅少数启用的周期以选定区间内的低限流阈值运行。

任一开关周期被启用后,开关管会保持导通状态,直至原边电流上升至该工作状态对应的器件限流阈值。

原边闩锁关断 / 自动重启过压保护功能,由齐纳二极管VR2及限流电阻R9共同实现。在反激式变换器中,偏置绕组的输出电压会通过绕组匝数比,与变换器的输出电压保持同步变化。当变换器输出端出现过压故障时,辅助绕组电压随之升高,并致使齐纳二极管VR2击穿;击穿后会产生一股电流流入InnoSwitch4-CZ 集成电路 U3的BPP引脚。若流入BPP引脚的电流升高至ISD阈值之上,U3控制器将触发自动重启机制,以阻止输出电压进一步升高。

InnoSwitch4-CZ 集成电路 副边电路

nnoSwitch4-CZ 集成电路的副边电路具备三项功能:输出电压采集、输出电流检测,以及驱动用于实现同步整流的金属 - 氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

变压器副边的输出,经同步整流场效应晶体管Q1与二极管D3整流后,再由电容C15和C16滤波。电容C19和C20用于抑制输出电压的高频纹波。开关瞬态过程中产生的、原本会形成辐射电磁干扰(EMI)的高频振铃,通过RCD 缓冲电路(由电阻 R11、电容 C12 和二极管 D4 组成)得到抑制。其中二极管D4的作用是最大限度降低电阻R11的功耗

集成电路U3的副边控制器,会根据经由电阻 R10 采集并输入至该芯片 FWD 引脚的绕组电压信号,来驱动同步整流场效应晶体管Q1的栅极使其导通。

在连续导通模式(CCM)下,同步整流金属 - 氧化物半导体场效应晶体管(SR MOSFET)会在副边电路向原边电路发送新开关周期指令之前关断。在断续导通模式(DCM)下,当该场效应晶体管两端的压降降至 VSR (TH)(同步整流阈值电压)以下时,功率场效应晶体管随即关断。

集成电路 U3 的副边电路可通过副边绕组正向电压或输出电压实现自供电。但为了提升系统效率并降低副边电路的内部功耗,可增设一路偏置绕组电路。连接至 InnoSwitch4-CZ U3 芯片BPS 引脚的电容 C13,用于为其内部电路提供去耦功能。

恒流阈值(CC threshold)以下时,器件工作于恒压模式(constant voltage mode)。恒压模式下,电路通过分压电阻R14与R15采集输出电压,以此实现输出电压的稳压控制。电阻R15两端的电压被输入至反馈引脚(FB pin),该引脚的内部参考电压阈值为1.265 V。器件会对输出电压进行稳压调节,使反馈引脚上的电压稳定在1.265 V。电容C18用于对反馈引脚上的信号进行滤波,抑制噪声干扰。

输出电流的检测,是通过监测IS 引脚与副边地引脚之间电阻R12和R13两端的压降来实现的。约35 mV的检测阈值可降低电路损耗。电容C14用于对 IS 引脚的信号进行滤波,以抑制外部噪声干扰。

一旦电流检测值超过芯片内部的电流阈值,器件便会调节开关脉冲的数量,从而维持输出电流恒定。此外,电阻R12和R13还可在输出端发生短路故障时,起到后备保护的作用。

PCB layout


Top


Bottom

Bom表


变压器

原理图



变压器结构图


效率测试

220Vac输入






VDS波形


265VAC Input, Full Load.

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

SR Mos反向电压


265 VAC Input, Full Load.

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

结论:板子小巧,开放条件下, 6A负载效率很高,推荐用于工业应用辅助电源。

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