次級(jí)同步整流及輸出均流的集成控制器
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2 傳統(tǒng)cPCI電源電路
本文主要論述的是應(yīng)用于電信方面的cPCI電源，其直流輸入電壓為＋48V。
如圖2所示，一個(gè)傳統(tǒng)的cPCI電源在一個(gè)3U或6U機(jī)架內(nèi)通常包括＋5V、＋3.3V、＋12V輸出的3個(gè)并行的功率變換器，而－12V輸出一般從＋12V功率變換器得到。功率變換器最常見(jiàn)的拓?fù)涫钦な剑?50～200kHz的開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)行。傳統(tǒng)的cPCI電源在次級(jí)用續(xù)流肖特基二極管，并且用同樣的肖特基二極管作為輸出冗余二極管。每個(gè)功率變換器的反饋通過(guò)光耦達(dá)到輸入和輸出的電氣隔離。另外，還需要一個(gè)專用的均流控制芯片。這樣的cPCI電源的效率通常在75％左右。輸出為200W的話，大約有66W的功耗；在環(huán)境溫度為50℃、冷卻空氣流速為1～2m/s時(shí)，3U機(jī)架里的溫度會(huì)大幅上升。事實(shí)上，在cPCI系統(tǒng)機(jī)架內(nèi)，為了保證電源工作的可靠性，需要給用戶提供一個(gè)類似于圖3的功率下降曲線圖。盡管每個(gè)功率變換器的設(shè)計(jì)是為了提供更大的電流，然而電源的總輸出功率要受工作環(huán)境溫度和通過(guò)電源的總氣流量的限制。因此，對(duì)于3U機(jī)架在冷卻空氣流速為2m/s，環(huán)境溫度為50℃情況下，效率為75％的最大輸出功率一般不會(huì)超出200W。為了提高3U機(jī)架的輸出功率，唯一的途徑就是減少功耗。這只能通過(guò)同步整流技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖2 傳統(tǒng)cPCI電源電路原理框圖
圖3 功率下降曲線(氣流降低造成輸出功率降低)
由于MOSFET的通態(tài)電阻很低，為了提高電源的效率，在許多低輸出電壓應(yīng)用電路里都利用了同步整流技術(shù)。3U機(jī)架內(nèi)傳統(tǒng)的cPCI電源只能提供200W輸出功率，如果電源的效率提高到85％～87％，理論上，在同樣的機(jī)架內(nèi)就可以裝配400W的電源。表1列出了cPCI電源模塊典型電氣規(guī)格。圖4給出了采用同步整流技術(shù)的cPCI電源的電路方塊圖。
圖4 同步整流技術(shù)cPCI電源電路圖
從圖4可以看出，用功率MOSFET和次級(jí)同步整流控制器SC4910代替肖特基二極管，而SC4910不僅用來(lái)控制次級(jí)同步整流MOSFET，還可以通過(guò)一個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)隔離變壓器來(lái)控制原級(jí)MOSFET，使控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)次級(jí)同步整流以及負(fù)載均流非常簡(jiǎn)單。
每個(gè)cPCI電源都有4個(gè)接口信號(hào)：其中EN＃，INH＃從cPCI系統(tǒng)背板產(chǎn)生，用來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉電源；DEG＃，F(xiàn)AIL＃由cPCI電源產(chǎn)生，它們將向cPCI系統(tǒng)提供電源的工作狀況。
——EN＃(Enable,管腳27)最短的管腳(最后接通，最先斷開(kāi))，開(kāi)啟電源它必須接地。EN＃通常通過(guò)一個(gè)上拉電阻接到＋12VVcc。
——INH＃(Inhibit,管腳39)關(guān)閉電源INH＃信號(hào)須接地。低INH＃信號(hào)優(yōu)先于低EN＃信號(hào)。INH＃通常通過(guò)一個(gè)上拉電阻接到＋12VVcc。
——DEG＃(Degrade,管腳38)當(dāng)電源溫度處于內(nèi)部過(guò)熱停機(jī)溫度20℃的范圍內(nèi)時(shí)，DEG＃信號(hào)拉低。該信號(hào)由電源產(chǎn)生。
——FAIL＃(Fail,管腳42)當(dāng)電源的任何輸出超出了可調(diào)范圍、過(guò)壓或過(guò)流時(shí)，F(xiàn)AIL＃就會(huì)拉低。該信號(hào)也由電源產(chǎn)生。
只有接口信號(hào)EN＃為低和INH＃開(kāi)路(高)時(shí)cPCI電源才會(huì)開(kāi)啟。表2給出了這些條件。
表2 電源工作條件
| INH＃ | 低 | 低 | 開(kāi)路 | 開(kāi)路 |
|---|---|---|---|---|
| EN＃ | 低 | 開(kāi)路 | 低 | 開(kāi)路 |
| 電源狀態(tài) | 關(guān)閉 | 關(guān)閉 | 開(kāi)啟 | 關(guān)閉 |
除了EN＃,INH＃,DEG＃,FAIL＃以外，每個(gè)cPCI電源面板上還有兩個(gè)LED指示器。綠色LED表示當(dāng)前有輸入電壓接通，紅色LED表示電源有問(wèn)題。表3列出了與EN＃,INH＃,DEG＃,FAIL＃相關(guān)的LED狀態(tài)的詳細(xì)描述。
表3 LED指示器狀態(tài)
| 信號(hào)條件 | 模塊狀態(tài) | 功率LED | 故障LED | FAIL＃信號(hào) | DEG＃信號(hào) |
|---|---|---|---|---|---|
| INH＃=高，EN＃=低，輸入/輸出正常 | 開(kāi)啟 | 開(kāi)啟 | 關(guān)閉 | 開(kāi)路 | 開(kāi)路 |
| INH＃=高，EN＃=高，輸入正常 | 關(guān)閉 | 開(kāi)啟 | 開(kāi)啟 | 低 | 開(kāi)路 |
| INH＃=低，EN＃=低，輸入正常 | 關(guān)閉 | 開(kāi)啟 | 開(kāi)啟 | 低 | 開(kāi)路 |
| INH＃=低，EN＃=高，輸入正常 | 關(guān)閉 | 開(kāi)啟 | 開(kāi)啟 | 低 | 開(kāi)路 |
| INH＃=高，EN＃=低，低AC或DC輸入 | 關(guān)閉 | 關(guān)閉 | 開(kāi)啟 | 低 | 開(kāi)路 |
| INH＃=高，EN＃=低，輸入正常，輸出過(guò)壓 | 關(guān)閉 | 開(kāi)啟 | 開(kāi)啟 | 低 | 開(kāi)路 |
| INH＃=高，EN＃=低，輸入正常，輸出短路/過(guò)載 | 關(guān)閉 | 開(kāi)啟 | 開(kāi)啟 | 低 | 開(kāi)路 |
| INH＃=高，EN＃=低，輸入/輸出正常，內(nèi)部工作溫度在限制范圍以內(nèi) | 開(kāi)啟 | 開(kāi)啟 | 關(guān)閉 | 開(kāi)路 | 低 |
以圖5的＋5V變換器為例，其均流電路如圖6所示。
圖5 SC4910應(yīng)用電路(集成次級(jí)同步整流，次級(jí)PWM控制，負(fù)載均流)
圖6 SC4910電流均流電路
評(píng)論