有源嵌位同步整流电路设计模块

有源嵌位同步整流电路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 模块 模块编码:TS-C010205001 硬件电路设计模块 版本:V1.0 密级:秘密 ENP研究管理部 执笔人:是亚明 页数:共 14页 有源嵌位同步整流 电路设计模块 2005/4/28发布 2005/4/28 实施 艾默生网络能源有限公司 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: 前言 本模块于2005/4/28首次发布; 本模块起草单位:BMP开发部、研究管理部技术管理处; 本模块执笔人:是亚明 本模块主要起草人:是亚明、王智勇、李卫平; 本模块 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化审查人:林攀; 本模块批准人:刘钧 本模块修改记录: 第 2 页 共 14 页 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: 更改信息 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 版本 更改原因 更改说明 更改人 更改时间 第 3 页 共 14 页 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: 目录 前言................................................................................................................ 2 更改信息表.................................................................................................... 3 目录................................................................................................................ 4 摘要................................................................................................................ 5 关键词............................................................................................................ 5 专业术语........................................................................................................ 5 1( 来源.................................................................................................... 5 2( 满足技术指标.................................................................................... 5 3( 详细电路图........................................................................................ 6 4( 电路原理............................................................................................ 6 5( 电路设计............................................................................................ 8 6( 电路调试.......................................................................................... 11 7( 元器件清单...................................................................................... 12 8( 附件清单.......................................................................................... 12 第 4 页 共 14 页 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: 摘要 本模块基于AVO75-48S3V3产品介绍了二次电源模块中有源嵌位同步整流电路的设计思路、电路计算，以及调试中的一些注意事项。 关键词 有源嵌位、同步整流 专业术语 DC/DC、励磁电感、辅管、驱动死区 1( 来源 本设计模块主要来源于AVO75-48S3V3产品 适用范围:适用于应用有源嵌位同步整流电路的高功率密度DC/DC模块 2( 满足技术指标 项目 指标 输入电压范围Vin 36V-75V 输出电压范围Vo 2.64V-3.63V 输出负载电流Io 0-20A 频率fs 310KHz 最大占空比Dmax 65% 效率 >90% 第 5 页 共 14 页 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: 3( 详细电路图 L3Vout12 VinQ10Q9HAT2195HAT21951515T14144C27BC27CC27DC27C27A 11T2TVsC3230.01/250V8+10uF/10V10uF/10V100uF/6.3V100uF/6.3V100uF/6.3V1T15Vc71-544 451Vgs1Q3Q2Q7IR6217SI7846DPHAT2165HVgs2 图1、AVO75-48S3V3有源嵌位同步整流电路 4( 电路原理 在正激变换器中，变压器必须要复位，有源嵌位正激电路中采用了嵌位 支路给变压器进行复位的方式，其嵌位支路由有源器件和钳位电容串联组 成，并联在主开关管或变压器的绕组两端。钳位支路中的有源器件简称辅管， 图1电路中的辅管采用了P型MOS晶体管，与C3串联后组成嵌位支路，并 联在主管Q2的两端，其工作时序图如图2。 图2 有源嵌位电路工作时序图 第 6 页 共 14 页 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: 图2中，主管Q2和辅管Q3的驱动电压分别为V和V，两个信号之间gs1gs2有一定的死区。I是变压器的磁化电流波形，Vs为变压器副边电压波形，n为m 变压器原副边绕组匝比。每个开关周期内，共有7个开关模态，各个开关模态的工作情况如下: ?开关模态一(T0-T1):T0至T1时刻，主管Q2处于导通状态，变压器原边承受正压，磁化电感电流I线性增长。副边整流管Q7处于通态，负载电流Imo折射到原边。 ?开关模态二(T1-T2):T1时刻，主管Q2软关断，变压器的磁化电感Lm同Q2的输出结电容C谐振，在变压器原边电压降为零之前，负载电流折射到原s 边，所以此时是I/n和磁化电流之和(I/n +I)给C充电，Q2的漏源间的电压ooms V上升，同时，副边电压V下降。T2时刻，V由零上升至输入电压V，副dssdsin边电压V由V/n降至零。Q7的驱动电压也降为零，Q7关断，负载电流I流过sinoQ7的体二极管，同时，磁化电流I升至最大值I(T2)。 mm ?开关模态三(T2-T3):T2时刻后，C被充电至大于输入电压V , 副边电sin压V由正变负，负载电流I由Q7的体二极管换流至Q9，Q10的体二极管中，so 磁化电感L和C继续谐振，磁化电流I开始下降。在T3时刻，C被充电至msmsV。 c ?开关模态四(T3-T4):T3时刻，C被充电至等于钳位电容电压V。T3sc时刻后，辅管Q3的体二极管导通，磁化电流通过Q3的体二极管给钳位电容C3充电，钳位电容电压与输入电压的差(V,V)加到变压器原边绕组上，磁化cin 电流I继续下降。此时副边电压为(V,V)/n，Q9和Q10被触发导通，负载mcin 电流I通过同步整流管Q9、Q10续流。在T3-T4间的某一时刻，触发辅管Q3o 导通，辅管Q3实现零电压开通。 ?开关模态五(T4-T5):T4时刻，磁化电流降为零。T4时刻后，在钳位电容电压与输入电压的差(V,V)的作用下，变压器磁芯反向磁化，工作于磁cin 芯B-H特性曲线的第三象限，I由正变负。副边负载电流I仍通过同步整流管mo Q9、Q10续流。 ?开关模态六(T5-T6):T5时刻，关断辅管Q3，由于磁化电感电流不能突变，I开始给C放电，Q2的漏源电压V从V往下降，变压器原边电压从(Vmsdscc,V)开始下降。在T6时刻以前，原边电压保持负值，副边负载电流I仍通过ino同步整流管Q9、Q10续流。T6时刻，Q2的漏源电压V降为输入电压V. dsin 在模态六中，主管Q2在开通前的漏源电压由(V+V)降为输入电压V，incin部分实现了软开关。 ?开关模态七(T6-T7):T6时刻，变压器原边电压由负值变到零。这时副边同步整流管Q9、Q10关断，负载电流I流过Q9、Q10的体二极管，并随着副o 边电压的上升，流过的Q9、Q10体二极管负载电流逐渐往Q7的体二极管换流，Q7体二极管中电流折射到原边，如果该折算到原边的负载电流小于给C放电的s 第 7 页 共 14 页 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: 磁化电流I，C继续被放电，Q2的开通条件将更好，甚至实现ZVS。 ms 从以上的各开关模态 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 中可以看出有源嵌位电路具有以下特点:?变压器磁化能量和漏感能量可以回馈电源循环利用;?主管和辅管的电压应力在较宽的输入范围内变化不大，可以采用低压器件，导通电阻更小;?变压器磁芯工作在一、三象限，铁心利用率高;?变压器副边绕组的电压波形可以直接作为对应的驱动脉冲来给同步整流管和续流管提供激励，有效、方便地实现了同步整流MOS晶体管的自驱动;?容易实现零电压开关，允许更高的频率来减小电源体积，增大功率密度。 5( 电路设计 AVO75,48S3v3常规指标定义为: 预设条件有: 5.1 主变压器的计算: (1)匝比的计算: 第 8 页 共 14 页 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: (2)计算最大面积乘积，选取磁芯: 根据Ap查磁芯 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 ，选取磁芯为FER19.6/8/Φ6, 磁芯参数如下: 第 9 页 共 14 页 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: 5.2 原边主功率管的计算: 根据计算， 原边MOSFET选择:SI7846DP :150V/6.7A/?20V/PowerPAK 5.3 原边辅管的计算: 根据计算，原边辅管MOSFET选择:IR6217:150V/0.7A/?20V/SO8 5.4 嵌位电容的计算: 5.5 副边整流管的计算: 根据计算， 副边整流管选择:HAT2165 :30V/55A/?20V/LFPAK 第 10 页 共 14 页 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: 5.6 副边续流管的计算: 根据计算，副边续流管选择:2个SI7892DP 30V/25A/?20V/PowerPAK 5.7 驱动匝数的计算: 副边主绕组(2匝)正向电压为:Vs1max=75/n=13.6V, Vs1min=33/n=6 整流管可直接用主绕组进行驱动; 副边主绕组(2匝)负向电压为: Vs2max,Voutmax/(1-Dmax)=10.37V Vs2min,Voutmin/(1-Dmin)=3.37V 续流管需再增加一匝驱动绕组， 则续流管最低驱动电压为:1.5*Vs2min=5V , 最高驱动电压为:1.5*Vs2max,15.5V 6( 电路调试 6.1 关于主变压器: 有源嵌位电路在稳态时，变压器磁芯工作在一、三象限，磁感应在?Bm变化，即?B=2Bm，所以理论上有源嵌位电路的变压器匝数可以比单向磁化的正激电路要少一半。但因为考虑到在有源嵌位电路中，当变压器漏感中存储的能量和主开关管寄生电容存储的能量不相等时，将造成变压器励磁电流有直流偏置，而且在输入电压或负载跳变时，将出现较大的正向或负向的动态偏置电流，易造成变压器进入饱和;另外，在工作频率较高的二次电源模块中，按照?B=2Bm计算将造成磁损比例增加，磁芯温升较高。因此，一般仍按照单向磁化来计算变压器，即?B=Bm，但Bm的取值允许相对大一些，可更接近Bs。在AVO75-48S3V3模块中，如变压器副边匝数取一匝，?B将达到0.5T,因此副边匝数取2匝。 有源嵌位电路的磁芯在大动态时很容易出现直流偏置叠加而进入饱和状态，因此需要开气隙。而且变压器有气隙后，励磁电流增加，主管的软开通条件将跟好，模块效率高。但气隙不能选的太大，过大的气隙导致励磁电流变化幅度增加，变压器效率低下。因此，需综合考虑，总的来说，为保证变压器复位及避免出现动态饱和，应减小励磁电感和嵌位电容的乘积，同时兼顾效率，AVO75-48S3V3中，变压器励磁电感选取为150uH，嵌位电容为0.01uH。在减小励磁电感和嵌位电容的乘积的同时，要注意主管VDS嵌位电平不平整后对副边同步管驱动的影响。 变压器漏感的大小对模块效率也影响比较大。漏感太大，将增加副边同步整流管的换流时间，模块效率降低。漏感太小了，一方面主管软开通的条件将变差，另外在轻载时辅管也易失去软开通条件，导致半载效率不高。 6.2 关于同步整流管及其驱动时序: 续流管的驱动电平对应于主管的VDS，在动态时变化较大，因此续流管一般都加驱动电路来进行限压，防止驱动电平超过同步管的栅源极耐压。 除了同步整流管的导通电阻、驱动损耗外，整流管与续流管的驱动死区对模 第 11 页 共 14 页 版本: 硬件电路设计模块 文件编码: 块效率影响也比较大。另外，驱动死区太小将导致整流管与续流管有直通现象，降低模块的可靠性。从经验上来说，为提高模块效率，整流管驱动的下降沿与续流管驱动的上升沿之间的死区在保证不直通的情况下应尽量减小，因此续流管的驱动电路的响应速度在这个死区时间对效率影响比较大。而对于续流管驱动的下降沿与整流管驱动的上升沿之间的死区时间，适当加大可提高模块效率;为加大这段死区，可调整整流管驱动电阻来延迟整流管的开通;加大主管辅管的驱动死区或减小变压器励磁电感，使得主管VDS下降沿下降更快，可提前关断续流管，相当于增加该段死区时间。 7( 元器件清单 见后 8( 附件清单 附件包括: 第 12 页 共 14 页 AVO75-48S3V3功率电路元器件清单 元件位置序号 MRPII编MRPII描述 厂家 型号 第二供应商及型第三供应商 码 号 及型号 磁芯-铁氧体-EI-RM2.3 KD-/-1240nH/N-? 深圳海光 20%-ROHS 金川 HG-AOS753341F1 T1 17010195 JC-AOS753341F1 绝缘栅场效应管-N沟道-150V-6.7A-0.050Ω- RENESAS ?20V-PowerPAK SO-8-有铅工艺--ROHS VISHAY HAT2183WP Q2 15060175 Si7846DP-E3 绝缘栅场效应管-P 沟道--150V--0.7A-2.4Ω -? 20V-SO-8-ROHS- IR Q3 15060174 IRF6217TRPBF 片状电容器-250V-0.01uF? MURATA 10%-X7R-0805-ROHS TDK GRM21BR72E103K W03L C3 08070501 C2012X7R2E103KT020U 绝缘栅场效应管-N沟道-30V-55A-2.5mΩ-? 20V-LFPAK-ROHS- RENESAS Q7 15060178 HAT2165H 绝缘栅场效应管-N 沟道-30V-40A-4.2 mΩ-? INFINEON 20V-WPAK-ROHS RENESAS BSC042N03S Q9,Q10 15060177 HAT2195WP 磁芯-铁氧体-EI-RM2.3 KD-/-1.5uH-? 10% 金川 深圳海光 L3 17010197 JC-AOS753341F2 1867413824.doc 2 -ROHS HG-AOS753341F2 片状陶瓷电容器-6.3V-100uF-? C27B,C27A,C2 20%-X6S-1210---ROHS TDK 7 08070601 C3225X6S0J107MT000N 片状陶瓷电容器-10V-10uF-? MURATA 10%-X7R-1206----ROHS TDK GRM31CR71A106K A01L C27D,C27C 08070585 C3216X7R1A106KTJ00N 第 2 页 共 14 页