次级同步整流及输出均流的集成控制器

【本文由PB创新网为您整理】
 摘要：CompactPCI(简称cPCI)电源在计算机、工业和电信领域的应用已经得到了认可。cPCI电源采用了标准的工业机械结构和高性能连接技术。然而，一般的cPCI电源沿用的是传统的二极管整流技术，应用时会造成很大的功率损耗，并且限制了可用输出功率。详细介绍了一种采用同步整流技术的cPCI电源，它利用独特的次级同步整流和带有输出电流均流功能的集成控制器SC4910，使之在效率和性能方面都有了很大的提高。

    关键词：次级同步整流；均流；集成控制器

1 概述

CompactPCI(简称cPCI)是由PCI工业计算机制造协会〔IndustrialComputerManufacturersGroup(PICMG)〕拟定的一种开放式标准（PCI，PICMG，CompactPCI，cPCI都是工业计算机制造协会的注册商标）。cPCI电源的标准是PICMG2.11，该标准主要定义了cPCI电源的电气和机械要求，以及电源和系统背板间的机械接口及信号接口。在机械方面，cPCI电源必须符合标准的机架尺寸，其面板与IEEE1101.10兼容。在电源设备中安装了Positronic的47管脚的标准连接器，用于输入及输出功率和信号。在电气方面，cPCI电源要符合电压和电流、输出电流均流及输出远程监测的电气性能要求。
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
    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（128.6mm×40.3mm×169.6mm）一般能提供大约200～250W的输出功率，6U单元(261.9mm×40.3mm×169.6mm)一般要提供大约400～500W的输出功率。

图2

    表1给出了3U和6UcPCI电源的典型电气性能标准。对于电信和网络应用，电源的输入电压通常为DC48V。对于计算机和工业应用，输入电压一般为AC110～220V。PICMG2.11没有规定每个输出的最大负载、全载和最小负载的要求；并且也没有规定一个3U电源模块要装配200W功率，一个6U电源模块要装配400W功率。3U和6U机架内的总功率主要依赖于cPCI电源的效率和PCI系统的冷却方式。当前的趋势是在3U单元内集成更大功率，尽可能减小cPCI电源在系统机架内所占空间，从而为cPCI应用线路板腾出更大空间。

表1cPCI电源模块典型电气规格

3U电源模块（200W典型输出功率）
交流输入电压	90～264V(47～63Hz)
直流输入电压	36～75V
V1输出	5V/50mV/0～40A
V2输出	3.3V/50mV/0～40A
V3输出	12V/120mV/0～7A
V4输出	－12V/120mV/0～1.5A
最大输出功率	250W(2m/s，50℃)
电源输入调整率	＋/－1％
负载调整率	＋/－2％
远程检测电压	5V，3.3V，12V
输出电流均流	5V，3.3V，12V，＋/－10％
过流保护	所有输出
过压保护	所有输出
瞬态响应	200mV/500μs，25％负载变化
工作温度	0～50℃
冷却	2m/s
外壳尺寸	3U×8HP×160mm
6U电源模块（400W典型输出功率）
交流输入电压	90～264V(47～63Hz)
直流输入电压	36～75V
V1输出	5V/50mV/0～50A
V2输出	3.3V/50mV/0～60A
V3输出	12V/120mV/0～12A
V4输出	－12V/120mV/0～4A
最大输出功率	400W(2m/s，50℃)
电源输入调整率	＋/－1％
负载调整率	＋/－2％
远程检测电压	5V，3.3V，12V
输出电流均流	5V，3.3V，12V，＋/－10％
过流保护	所有输出
过压保护	所有输出
瞬态响应	200mV/500μs，25％负载变化
工作温度	0～50℃
冷却	2m/s
外壳尺寸	6U×8HP×160mm

2 传统cPCI电源电路

本文主要论述的是应用于电信方面的cPCI电源，其直流输入电压为＋48V。
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
    如图2所示，一个传统的cPCI电源在一个3U或6U机架内通常包括＋5V、＋3.3V、＋12V输出的3个并行的功率变换器，而－12V输出一般从＋12V功率变换器得到。功率变换器最常见的拓扑是正激式，它在150～200kHz的开关频率下运行。传统的cPCI电源在次级用续流肖特基二极管，并且用同样的肖特基二极管作为输出冗余二极管。每个功率变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的功耗；在环境温度为50℃、冷却空气流速为1～2m/s时，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。尽管每个功率变换器的设计是为了提供更大的电流，然而电源的总输出功率要受工作环境温度和通过电源的总气流量的限制。因此，对于3U机架在冷却空气流速为2m/s，环境温度为50℃情况下，效率为75％的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，唯一的途径就是减少功耗。这只能通过同步整流技术来实现。

图4

3 次级同步整流cPCI电源

由于MOSFET的通态电阻很低，为了提高电源的效率，在许多低输出电压应用电路里都利用了同步整流技术。3U机架内传统的cPCI电源只能提供200W输出功率，如果电源的效率提高到85％～87％，理论上，在同样的机架内就可以装配400W的电源。表1列出了cPCI电源模块典型电气规格。图4给出了采用同步整流技术的cPCI电源的电路方块图。

从图4可以看出，用功率MOSFET和次级同步整流控制器SC4910代替肖特基二极管，而SC4910不仅用来控制次级同步整流MOSFET，还可以通过一个栅极驱动隔离变压器来控制原级MOSFET，使控制系统实现次级同步整流以及负载均流非常简单。

图5

   

[1] [2]  下一页