首页 >> 真空蝶阀

50瓦特内部总线结构IBA电源逻辑IC

2022年07月01日

50瓦特内部总线结构(IBA)电源

50瓦特内部总线结构(IBA)电源 2011：摘要：本文讨论一个12V/50W的总线转换器，它从48V总线转换得到一个稳定、高效、隔离的12V输出。用到的拓扑结构是带同步整流的单开关正激转换器。在此设计中MAX5003为PWM控制器，经优化用于48V、±5%的窄输入电压范围。

介绍内部总线结构(IBA)包含两个功率转换级。第一级用总线转换器来获得中间总线电压。第二级用负载点(POL)转换器来将中间总线电压转换到一个或多个低的、稳定的电压，以便给邻近负载供电。在此文中，我们描述了一个12V/50W，稳定而高效的，将12V与48V总线隔离的总线转换器。

电源规范输入电压：48VDC、±5%调整率输出：12V，4.2A 最低负载：0安培纹波：±1%峰峰值隔离：1500VAC 低成本效率：> 90% 输出应有短路及过载保护电压转换拓扑该设计中有多种电源转换拓扑可供选择。所选定的拓扑必须成本低且效率高。基于低成本的要求，我们只好选择直接驱动式、单开关拓扑。要实现高效的目标就需要在次级中同步整流。最适合的选择是：

在次级(图1)上带同步整流的单开关反激转换器带初级复位线圈和次级上(图2)同步整流的单开关正激转换器点击看大图图1. 带同步整流的反激转换器点击看大图图2. 带复位线圈和同步整流的正激转换器单开关反激拓扑与正激拓扑相比，有一个优势是不用输出电感。我们还必须增加额外的驱动变压器T2，和一些附加电路，用来将PWM控制器U1的初级驱动信号传递到次级。之后该信号用来在开通初级MOSFET Q1前关断次级中的同步MOSFET Q2。另外，增加Q3、Q5、C6、R3、D3及R4电路以延迟MOSFET Q1的开启，从而保证在Q1开启前次级MOSFET Q2是关断的。若没有这个电路，MOSFET Q2关闭前，变压器次级上会出现短路，导致MOSFET Q1开启时出现电流尖峰。在单开关正激转换器拓扑中，我们需要另加一个电感，但输出电容要比反激拓扑设计中的小些。只要确保变压器T1完全复位，在开启主开关之前变压器上的电压为零，我们还可以省掉额外的驱动变压器(上面提到的T2)。由于IBA电源具有窄输入电压范围，我们可以使工作占空比最大。MAX5003 PWM控制器将被用到下面描述的设计中。图3是实际电源的示意图。点击看大图图3. 实际电源示意图电源元件列表 Designator Qty Description C1 1 Ceramic capacitor 470pF, X7R, 50V, 10% (0402) TDK C1005X7R1H471K C10 1 Ceramic capacitor 0.33µF, X5R, 6.3V, 10% (0402) TDK C1005X5R0J334K C11 1 Ceramic capacitor 1µF, X5R, 6.3V, 20% (0402) TDK C1005X5R0J105M C12 1 Ceramic capacitor 2200pF, X7R, 50V, 10% (0402) TDK C1005X7R1H222K C13 1 Ceramic capacitor 0.1µF, X5R, 25V, 20% (0603) TDK C1608X7R1E104M C14, C17 2 Ceramic capacitor 0.068µF, 16V, 10% (0402) TDKC1005X5R1C683Kex C15 1 Ceramic capacitor 4700pF, 250VAC, X7R (2220) Murata GA355DR7GC472KY02 C2, C3, C4 3 Polymer tantalum chip capacitor 47µF, 16V, 20% Kemet T520D476M016ASE070 C5 1 Ceramic capacitor 1µF, 100V, X7R, 10% (1210) TDKC3225X7R2A105K C6 2 Ceramic capacitor 1µF, 16V, X7R, 20%, (0805) TDKC2012X7R1C105M C8 1 SMT Electrolytic capacitor 22µF, 50V, 20% Panasonic EEVFK1H220P D1 1 Zener diode 6.2V, 200mW (SOD323) D2-D5, D7-D10, D12 9 Switching diode 75V, 150ma (SOD323) Diodes Inc 1N4148W D11 1 Silicon Epitaxial Planar Rectifier 200V, 200ma (SMINI2P) Panasonic MA115 D5 1 Schottky diode 3A, 40A (SMA) Diodes Inc B340A L1 1 Inductor 3.3mh Coilcraft DO1608C-335 L2 1 Inductor 12µH Coilcraft DO5022P-103ML Q3 1 Transistor PNP 60V SOT23 MMBT2907 Diodes Inc MMBT2907 Q4 1 N channel MOSFET, 80V, 15mΩ, SO8 International Rectifier IRF7493 Q5 1 N channel MOSFET 30V, 13.8mΩ, SO8 International Rectifier IRF7807Z Q7 1 Nchannel MOSFET 200V, 79mΩ, SO8 International Rectifier IRF7892 Q6 1 N channel MOSFET, 30V, 1.2A, SOT23 Fairchild Semiconductor NDS351AN R1 1 Resistor 27k, 5% (1206) R10, R20 2 Resistor 20.0k, 1% (0402) R11-R14 4 Resistor 1R 5% (0603) R15 1 Resistor 66.5k, 1% (0402) R16 1 Resistor 1.24k, 1% (0402) R17 1 1.24k, 1% R18 1 Resistor 562Ω, 1% (1206) R19 1 Resistor 1k, 1% (1206) R21 1 Resistor 100Ω, 1% (0402) R22 1 Resistor 60.4k, 1% (0402) R23 1 Resistor 0.025R, 1% (0805) R27 1 Resistor 2.32k, 1% (0402) R3 1 Resistor 261k, 1% (0402) R4 1 Resistor 5.1k, 1% (0402) R5 1 Resistor 490Ω, 1% (0402) R6 1 Resistor 221k, 1% (0402) R7 1 Resistor 22Ω, 1% (1206) R8 1 Resistor 15k, 1% (0402) R9 1 Resistor 453k, 1% (0805) T1 1 Custom transformer (EFD20-12) Delta 2004D-535A U1 1 High Voltage PWM Power Supply Controller MAXIM MAX5003ESE U2, U4 2 Adjustable shunt regulator SOT23-5 Texas instruments TLV431IDB U3 1 SMD Optoisolator 1channel HiCTR NEC PS2911-1 图4. 12V/4.2A (输入为48VDC)时的纹波及噪声注意：纹波及噪声测量的带宽为20MHz。在满载及48V输入时的纹波峰-峰值为110MV。图5. 50W输出及48VDC输入时Q7中的VDS及ID注意：48V输入时Q7上的峰值电压为152V。这是因为复位线圈没有箝位，而是采用LC谐振对变压器进行复位，谐振电路由变压器励磁电感和Q7两端的总等效电容组成。总电容包括变压器初级电容、MOSFET Q7电容及来自Q5 (D-S)的等效电容。还要注意的是变压器电压正好在Q7开启之前达到零。缩短了二极管D5的导通时间，优化了效率。图6. 满载及48VDC输入时Q7中的电流和Q5上的VGS。注意：在开启Q7前，同步续流MOSFET Q5已被关断，因此可防止Q7中出现电流尖峰。电路尖峰将降低效率。图7. 满载及48VDC时Q7中的电流和Q5上的VDS。图8. 满载及48VDC输入时Q7中的电流和Q5上的VGS。注意：该电源在50W、输入为48V时的测量效率为93%。电源符合设计中指定的所有要求。短路情况下，电源将进入打嗝式限流模式，在短路去除后恢复成满载状态。