200W開關(guān)電源功率級(jí)設(shè)計(jì)方案

　　如圖所示的Buck 變換器工作在連續(xù)模式，由一個(gè)簡(jiǎn)單的，但是工作在100千赫的有效PWM 控制器控制。因?yàn)殚_放集電極輸出，使用一個(gè)由Q211/212 組成的驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)P溝道MOSFET。通過Q209，D223和L6的峰值電流是6.3A。功耗差不多很容易被確定了。結(jié)果是∶器件需要的散熱器的熱阻不小於25℃/W。

　　由於肖特基二極管的快速開關(guān)，寄生振蕩激烈，必須采用RC 網(wǎng)絡(luò)R246/C250和R247/C249 抑制。雖然在文獻(xiàn)中有很多如何確定這些網(wǎng)絡(luò)值的等式，經(jīng)驗(yàn)顯示計(jì)算值僅僅是實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的一個(gè)初值。原則上，使用相容在一個(gè)FYP2010中的兩個(gè)二極管是可能的，但在這種情況下，每個(gè)封裝的功耗加倍了，散熱復(fù)雜了。另一個(gè)用兩個(gè)二極管代替一個(gè)的理由是，即自驅(qū)動(dòng)同步整流器(未列出)準(zhǔn)備的PCB 需要兩個(gè)單獨(dú)二極管。

　　6. 待機(jī)電源

　　由FSD210B 驅(qū)動(dòng)的flyback 電源(圖5)，不僅產(chǎn)生5v輸出電壓，而且也給FAN4800和FAN7382供電。通過OC2，主電源在待機(jī)期間是完全關(guān)閉的，只有這個(gè)電源仍然工作。

　　通常這種電源沒有什麼特別的，而且可以很容易地在AN-4137和相關(guān)電子數(shù)據(jù)表，或SMPS 設(shè)計(jì)工具[3]的幫助下進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　實(shí)際設(shè)計(jì)的輸出電壓是5V，電流是0.3A，但有了上述工具，改變?cè)O(shè)計(jì)到一個(gè)不同輸出電壓和功率高達(dá)約6W，并不是一個(gè)問題。由於使用FOD2711BTV，輸出電壓下降到3.3V 也不是問題。

　　7. PCB 布局和機(jī)械構(gòu)造

　　在文獻(xiàn)[4]中可以找到功率電子布局規(guī)則，談到高di/dt 的回路封閉區(qū)域和高dv/dt 節(jié)點(diǎn)的銅箔區(qū)域必須盡可能小，旨在減少電磁干擾。另外，Q1的源引腳，R233接地，R5右側(cè)和FAN4800 接地引腳應(yīng)該連接成星形，以減少共阻抗耦合的負(fù)面效應(yīng)。

　　實(shí)際中的問題有∶對(duì)於較高輸出功率，PCB會(huì)較大;功率半導(dǎo)體必須放置在大散熱器上。結(jié)果是，往往不可能使回路小到應(yīng)該達(dá)到的值，同時(shí)結(jié)合電流密度規(guī)則，布線和星形的銅芯面積會(huì)破壞完整的電路板。因此，一種高功率電源PCB有時(shí)是一種妥協(xié)，尤其是考慮成本須選擇單面PCB。

　　如果密切留意實(shí)際的電路板，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一些不太重要的信號(hào)走的路線不一定是最短路徑。這允許仿效星形連接的大型接地平面。此外，接地平面和熱信號(hào)之間的間隔應(yīng)盡可能小(考慮可靠性，對(duì)於給定電壓，間距約2mm)，以使回路最小。其次是成本因素，由一個(gè)2mm 厚鋁板組成的簡(jiǎn)單散熱器，被彎曲成‘U’形，并被應(yīng)用到初級(jí)和次級(jí)。只有Q1，消耗更多功率，需要一個(gè)額外的散熱器。

　　8. 測(cè)試結(jié)果

　　本電路板有一份詳細(xì)的測(cè)試報(bào)告。這里顯示了三項(xiàng)測(cè)試結(jié)果。

　　8.1 待機(jī)電源和輸入電壓

　　見圖78.2 全負(fù)載效率和輸入電壓見圖8

　　輸入電壓大於110VRMS時(shí)，效率遠(yuǎn)高於預(yù)計(jì)的81%。對(duì)較小的電壓，數(shù)據(jù)可通過一個(gè)低阻抗EMI濾波器和去除NTC1提高。

　　8.3 功率開關(guān)和二極管波形見圖9

　　圖9 的左側(cè)顯示Q212 的漏極電流(下跡線)和電壓(上跡線)。從電流看來，CCM中的PSU工作是很明顯的。該漏極電壓被很好地箝制在直流電源電壓，當(dāng)MOSFET關(guān)閉時(shí)。變壓器去磁化之後，電壓開始下降。斜率由變壓器激磁電感和MOSFET 的CDS確定的諧振值決定。

　　當(dāng)MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，漏極電壓有機(jī)會(huì)接近最低值，但由於勵(lì)磁電感的高誤差(+/-30%)這可能因不同電路板而異。圖10 的二極管波形清楚地顯示了當(dāng)二極管關(guān)閉時(shí)的寄生振蕩。