新型功率系統(tǒng)級封裝隔離DC-DC轉換器
PI3101的核心是具有專利的雙鉗位零電壓開關功率級拓撲,工作在斷續(xù)模式,操作頻率超過1MHz。圖2是PI3101 的拓撲圖,用來解釋其基本工作原理。
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/117020.htmPI3101使用了四個原邊MOSFET和一個同步MOSFET,共同組成了功率傳輸?shù)淖酉到y(tǒng)。 Q1和Q4是功率開關管,Q2和Q5是鉗位開關管,Q3是同步MOSFET。此拓撲的功率循環(huán)有6個顯著階段,此循環(huán)以前一循環(huán)的結束為開始,如圖3所示。
1.鉗位階段到 T1的轉換
Q2與Q4開通,Q5與Q1關斷。連接到Q5漏極的鉗位電容被充電至大小為Vout*(Np/Ns)的反射電壓。如果變壓器磁芯已經(jīng)復位,那么最小周期定時器使Q2關斷。如果需要額外的復位時間,最小周期將延長至磁芯完成復位。只要Q2與Q4全部開通,就會有鉗位電流,Q2關斷后將轉化為勵磁電流,同時原邊繞組上產(chǎn)生伏—秒。必須有持續(xù)的勵磁電流,因此VS1節(jié)點隨著Q2的D-S電容充電和Q1的電容放電而升高到Vin。隨著VS1的上升,專用控制器激活原邊的伏—秒監(jiān)控。
2.T1的功率儲能階段
Q1零電壓開通,并且變壓器的原邊電流斜坡上升,變壓器儲存的能量由內(nèi)部誤差放大器決定,是負載電流和線電壓的函數(shù)。在這個過程,Q1與Q4全部開通。專用控制器開始監(jiān)控原邊的伏—秒。
3.向T3階段的轉換
Q1與Q4快速關斷。專用驅動器和MOSFET使此轉換為無損轉換。VS1的下降和VS2的上升都非??欤缓筮M入原邊至副邊的功率傳輸階段。此時所有的開關都是關斷狀態(tài)。
4.功率傳輸階段
Q2和Q5開通后,同步MOSFET Q3開通。變壓器電感、鉗位電容以及專用智能門極驅動形成了諧振電路,Q3在最佳點以無損方式開通(和關斷)。隨著變壓器中儲存的能量釋放到負載和輸出電容,副邊電流斜坡上升。
5.鉗位階段的轉換
T3結束時能量已傳遞到負載,驅動器關斷Q3。主控制器監(jiān)控原邊伏—秒,并確定變壓器復位何時完成,然后關段Q5。VS2下降允許零電壓開通Q4。
6.鉗位階段
Q2和Q4再次開通。此時輸出電壓由具有專利的采樣反饋接口進行監(jiān)測,并由PI3101控制電路進行處理。最小周期定時器結束后,啟動下一個循環(huán)。鉗位階段保持的能量用于VS1節(jié)點的零電壓開通。
與其它轉換器相比
不難就相對尺寸、功率密度、效率和瞬態(tài)響應來對隔離電源轉換器的品質因數(shù)進行直接比較。真正的困難在于找到另一隔離電源產(chǎn)品來與PI3101進行比較。由于PI3101是目前市場上這個級別的首款產(chǎn)品,我們自然試圖將它與之前有的產(chǎn)品進行比較,而不考慮尺寸差異。為了滿足這種天生的好奇心,表1比較了兩款當前商用1/16磚的其它電源轉換器。這兩款轉換器稱為轉換器X 和轉換器Y。應該注意到轉換器Y代表業(yè)界最好的1/16磚,而轉換器X代表現(xiàn)有轉換器的平均水平。表1列出一些標準技術規(guī)格,并與PI3101進行了對比。
由表1明顯地看到,PI3101與其兩倍尺寸大小的轉換器相比仍具有競爭力。PI3101的滿載效率同X轉換器的滿載效率相等,但在功率密度上卻有顯著提高。PI3101的功率密度比業(yè)界1/16磚最大功率的功率密度高兩倍以上,是平均功率密度的3.5倍。實際上,如果轉換器Y的功率密度同PI3101的功率密度相等,那么在相同的封裝內(nèi)它可產(chǎn)生將近180W的輸出功率,但由于商用方案固有技術的限制,最高功率密度也受到制約。為滿足1/16磚的典型需求,PI3101應該能夠滿足平均負載、瞬態(tài)響應、輸出精度的要求,并具有相似的效率。表1顯示的數(shù)據(jù)表明,PI3101滿足了這一條件的同時封裝尺寸減少一半,是尺寸敏感應用的理想選擇。
評論