《白金pc电源技术分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《白金pc电源技术分析（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一部分：交流输入输入保险、开关、低匝数的共模电感（电感高频性能好），Y电容接PE地，用接地的导体将其屏蔽。应该注意到热敏电阻和压敏Y电容都有套管覆盖，安规比较注意。输入差模电感采用了铁硅铝磁环，并使用了直径1.25mm的线，铁硅铝磁环的耗损比传统使黄白铁粉芯少了很多。 PCB走线上，都经过了两个X电容，其中一个大电容和一个小电容共0.9uF，能较好的提高了差模LC滤波器的截止频率，提升了滤波效果。共模电感使用了体积非常大的高磁导率铁氧体磁环其直径为T29*19*14/AL8700，采用直径1.25mm的线绕，电感量为10mH，并且要注意到，只在磁环表面只有绕了一层，第二层绕的很分散，这样主要
2、是为了降低绕组之间的寄生电容，提高电感的截止频率。另外在共模电感前面，马上接Y电容，形成LC滤波器，提升共模抑制效果。整流桥用了2个并联，并且是共用一个散热片，这样使两个二极管的热耦合，均流效果好一点。第二部分：PFC（计算表） PFC部分的电感，电感量为360uH采用两股0.85mm线并饶，采用铁硅铝磁环，其体积为：40mm*20mm。PFC部分使用两个MOSFET并联（型号： 6R125P），使用一个二极管输出（型号：ROHE SCS108AG），电容为430V/390uF两个。PFC高压母线通过Y电容连接到次级输出地。 PFC的控制芯片是NCP1654/65KHZ，是8脚平均电流控制器。
3、其驱动输出电流达到1.5A，能很好的驱动较大功率的MOSFET。下面是NCP1654的典型应用。这个IC的功能有： 输出过压保护、反馈开环保护（通过关闭驱动实现）、输入欠压好过压保护（BO引脚还集成AC波形检测）、内置软启动、过流保护、过功率限制。1 脚GND2脚 AC波形和误差放大器的信号的乘法器输出，为电流信号。通过VM引脚的电容和电阻转为电压形式，用于产生跟随AC波形的PWM信号。3脚 电流检测，IC内部有电流源，通过CS外接的电阻检测，整流桥端的电压，来实现电流控制，该引脚有电流限制和过功率保护功能。4 脚 BO AC波形输入和欠压过压保护功能。5 脚 反馈的误差放大器补偿部分6脚 输
4、出电压检测7 脚 VCC 工作电压9-20V。8 脚 DRV 峰值1.5A电流输出，驱动能力较为强大。 该PFC控制IC的特点：内置有欠压过压保护、FB引脚集成输出过压保护、CS引脚集成电流限制和过功率保护、平均电流模式控制。PFC部分效率测试和分析： 在不通电（未加直流偏置）测试PFC电感（铁硅铝材质），电感量为360uH。经计算在满载860瓦和低压90V输入时，在电流的直流偏置作用下，电感量会下降55-60%。因此可以得出该PFC电感的满载电感量为210uH，经计算取电感纹波电流为44% * 电感电流三角波的平均值。在这个比例下，可以在90V输入下得到210uH的电感量。由于他们采用的是外
5、径40mm、厚度20mm的磁环，我找了美磁铁硅铝的产品手册，最为接近的是77083，外径40mm厚度15mm，磁导率为60，电感系数AL为81。 计算满载所需要的电感量和考虑直流偏置下的电感量下降，可以得到75匝（使用77083-A7磁环）能符合210uH的要求。由于铁硅铝的磁环在高频和高磁通摆幅下磁芯耗损较大，考虑是否需要通过加大匝数降低磁芯的dB变化，来降低磁芯损耗。我没有数他们的磁环上的匝数，但是可以看到匝数并不少。他们的磁环采用铜线是外径0.9，实际铜线可能在0.85mm。我用电流密度5A/mm2，计算满足低压满载的电流至少需要2股1mm的铜线，但考虑PC电源的大风扇，所以他们的电流密
6、度选的大一些，这样降低了一些铜线消耗，加大了铜线DC损耗。 经计算在满载和低压下铜线DC耗损为0.8W，磁环耗损为3W，磁芯耗损计算公式来于美磁的产品手册。所以用75匝，磁芯耗损还是较大，如果有条件应该进一步的加大铜线匝数，降低磁芯的dB值，这样才能降低在低压满载时的磁芯损耗，提升效率。如果PFC电感的交流损耗比较小的话，可以忽略绕组的交流损耗。但是实际上还是需要注意的，由于是采用低磁导率的磁环，所以电感内部没有直接开气隙，在气隙周围带来的损耗也可以避免，这也是为什么要选择磁环的原因。 考虑在230V输入下的PFC损耗： 首先PFC电感的占空比和电流大大降低，MOSFET流过的电流也会降低。相
7、比低压，高压情况下MOSFET的导通耗损下降非常多，输出电容上的耗损接近一致。该样机采用了2个COOLMOS并联，在这样的配置下，导通耗损被降低到了非常低的地步。PFC输出二极管，在高压下二极管导通时间加大。加大了二极管的导通耗损。但是在二极管上的恢复电荷的耗损是不可避免的，在选择整流二极管时，应该考虑恢复电流小和恢复时间短的二极管。但是该样机上采用了SIC二极管，降低了高温和高电流时的正向压降，减少了传统快恢复二极管上的恢复电流引起的耗损。也正是因为采用了SIC二极管的原因，在PFC上没有使用RC吸收元件。桥式整流上的耗损： 在低压满载时，流过整流桥的电流非常大，整流桥的耗损达到了夸张的19
8、W，在该样机上采用了2个整流桥并联，来应对低压满载的情况。在高压230V输入时，整流桥的耗损也有8W。不可小视，因此在该电源样机上，采用了两个整流桥和一个较大的散热器来对付整流桥上的耗损和温升。如何提高PFC段的效率？1、 对高压输入来讲，希望PFC电感的铜线匝数少一些，能明显的提升效率。在高压输入时PFC磁芯耗损非常小。因此可以选择较粗的铜线，满足较低的电流密度，降低铜线的DC损耗。2、 使用低导通内阻和低COSS电容的MOSFET，减弱硬开关存在的COSS电容开关耗损。加大驱动电流，降低电压和电流交叉时间，降低交叉耗损。3、 使用在高温时低压降二极管，低恢复电荷二极管。减弱导通耗损和开关耗
9、损。4、 选用低电阻的电流感测电阻，降低电流采样的损耗。5、 选择低耗损的磁芯，同时也要有低磁导率应对CCM模式的高直流偏置，同时使用交错的铜线绕制，尽量降低磁芯耗损和铜线耗损。6、第三部分：LLC谐振电路部分分析LLC控制IC为CM6901TX，其典型应用如下图：这个IC是台湾冠鸿电子的产品，其功能有：LLC/SRC+SR控制，能适应LLC区域和SRC区域工作，并在轻载时有PWMING功能解决空载频率太高的问题。IC内部集成有反馈to频率的误差放大器和轻载PWMING控制器。软启动电容具有使能和关闭功能，LLC谐振回来电流超过限制后，通过对软启动电容的充放电实现自动重启保护。其内部框图如下：
10、各引脚的功能：1、 RSET 外部连接的电阻，将PEAO运放输出电压转为电流，实现频率调整。SR 在PWMING控制模式，该引脚电压会低于1.5V。2、 VFB 输出电压反馈引脚，连接内部误差放大器。3、 FEAO 误差放大器的输出，用于连接补偿元件4、 D_IN- 轻载运算放大器的反相输入端5、 D_IN+ 轻载 PWMING模式的运算放大器的同相输入端。6、 DEAO PWMING模式运算放大器的输出端，外接补偿元件7、 CSS PWM/PFM工作模式的软启动，当低于1V时关闭驱动输出。当电流超过限制时，通过对这个引脚放电和充电实现自动重启功能。8、 ILIM 电流检测输入，1V为限制值。
11、9、 RT/CT 振荡器，能设定最低开关频率10、 GND11、 SDRVB SR管驱动12、 SDRV 13、 PRIDRVB14、 PRIDRV 15、 VCC 工作电压10-23V16、 REF 内部7.5V的基准电压输出同步整流的死区时间控制： 当电源工作在SRC模式，次级电流连续。SR控制器应该和初级开关信号同步，当初级开关信号开启后，相对应的SR信号应该要开启，同时初级信号关闭后，SR信号也要关闭，否则就是炸鸡。 同时由于电流连续，为了效率考虑次级SR应该在整个周期内都应该开启状态。但是实际上应该加入死区时间，次级SR两路信号应该插入死区时间，避免在初级开通时，发生炸鸡。下面是CM
12、6901的SR控制逻辑：1、 初级两路信号之间延迟为TDEAD1，这个延迟用于实现ZVS和提高桥式电路的可靠性，可以根据要求来设定。典型值：610ns2、 初级信号开启后，距离次级SR信号开启这段时间被成为“上升沿死区时间TDelay2”，这个时间是SR管的电流从SD的过程，适当的延迟可以使SR管实现ZVS，提高驱动效率。但是这个段时间不能太长，否则流过体二极管的电流很大之后，在打开SR管，那样耗损还是很大，SR失去意义。典型值：660ns3、 SR管先关闭距离初级关闭之间的时间距离，被成为下降沿死区时间Tdelay1。这个死区时间的插入主要是为了提高SR的可靠性。这样操作使得SR管关闭后，靠
13、体二极管流过正弦波的较低电流。同时避免了因为SR的关闭延迟和初级死区时间，遇到一起。当SR还未完全关闭，初级另外一路已经打开，发生炸鸡。典型值 100ns这种情况在英飞凌的LLC+SR控制器也有相应的措施，就是提前关闭SR，因为SR关闭并非驱动一去掉就完全阻断，是需要一定时间的。如果能在初级关闭前，提前关闭SR管，则大大的提高了可靠性。调节频率和死区时间的办法如下：频率调节和死区时间的设定：次级SR管比初级主管先关闭的实现： 通过设置Vrest引脚的电压（通过两个电阻对REF分压），该电压加1.5V后送到SR_PWM比较器的反相输入端，当RTCT引脚上的三角板电压高于1.5V+Vrest后，比
14、较器状态改变，关闭SR管。因此可以通过改变Vrest引脚的电压来实现次级SR管的比主开关管提前关闭的时间（或比例）。当Vrest引脚电压越高，SR开通的时间越短，Vrest电压越低SR开通的时间越长，当然在高于谐振频率运行时需要，让SR提前一段时间关闭有利于提高可靠性。 初级两路开关之间的死区时间： 初级开关的开通时间长度是由RTCT引脚内部对电容CT充电，CT上的三角板到从谷值1.25V达峰值3V的时间决定，两个开关管之间的死区时间是由对CT放电的时间决定。因此较大的电容CT，可以加大死区时间，改变对CT的充电电流，来改变频率。软启动策略： CSS引脚内部有1V的比较器，当该引脚电压低于1V
15、时，关闭驱动输出。在LLC的软启动阶段希望要有足够高的频率，使得谐振回路的的阻抗从很大，慢慢较小，使得流过谐振回路的电流慢慢加大，这就是软启动的目的。在IC内部有电流源典型值为7.5uA为外接的电容充电，当VCSS电压低于1V时，VFAEO电压为5.25V，当CSS电压高于1V后，FAEO的电压开始下降，同时开关频率从大到小变化，FAEO = (VFB-(VSS-1)*GMV。保护和自动重启：1、 VFB电压高于2.93V2、 VFB电压低于0.5V或FB短路到地。3、 指示电流的电压高于1V。 当上述情况发生时，CSS引脚内部有电流源（典型值0.75uA）为其放电。当CS电压低于0.9V，将停止放电用7.5uA的电流为其充电。当CSS电压高于1V，输出将会被开启，并执行软启动模式。如果故障依旧存在，那么7.5uA的电流源将把CSS电压继续提升到5V，同时停止驱动输出。然后用0.75uA的电流为其放电。在充电和放电之间的时间就是所谓的自动重启保护功能，如下图所示。LLC的参数：经过带满负载12V/71A测试，板端电压为12.12V，板端功率为860.52W。在230V输入电压下，输入功率为907.7W。满载效率为94.
