Vicor电源技术讲解.课件.ppt

1、12n 零电流开关技术n 第二代较第一代的改良 n 第二代模块应用 n 网上设计工具n 完全解决方案 3n 固定能量传输 n 平直之效率曲线 n 较低噪声 n 不定能量传输 n 效率随负载及输入而变化 n 较高噪声 零电流开关零电流开关 ( (我们的我们的) ) 脉冲调宽脉冲调宽 ( (他们的他们的) ) 可变频率可变频率 对对 固定频率固定频率4T1T3T3T3T3T2T2T2Load StepT2T1T1T1IIT1 导通时间可变固定T2 频率或周期固定可变T3 开关电流的上升或下降时间 固定固定 PWMZCS500.10.20.30.40.50.60.71st6th11th16th21t

2、h26th31st36th41st46th00.10.20.30.40.50.60.71st6th11th16th21st26th31st36th41st46th67n 设计技术 n 集成监控 n 电抗元件 n 开关元件 n 噪声及散热处理 n 现有的选择 n 自动化厂房 n 自动化设计 8共泄极晶体管共泄极晶体管变压器耦合变压器耦合 初级控制初级控制 反向增强晶体管反向增强晶体管次级控制次级控制 9第二代全型600W第一代VI-200200W第二代小型 300W第二代微型150W10n 集成在专用晶片内的初级和次级控制电路n 体积小于16.5立方毫米 n 环氧模封 11n 独有高功率磁性元件

3、 n 专有的镀通磁心 n 预绕线轴 n 采用“Dial a Henry”装置确准设定漏电感 12第一代第一代 TO-220第二代第二代 IPD13全型小型微型n 功率晶片接焊在氧化铝夹铜层以改善热阻 n 印刷线路版有专用之接地层及屏蔽，可减少噪声14151617n 透过网上工具 (www.vicor- 设定模块规格 验证可行性 下订单 接收样机数量 少于 6 个星期 n 消除客定与标准DC-DC变换器之间的差别 18模块设计器模块设计器(对外对外)自动生成材料清单自动生成材料清单(对内对内)1920n 电气表现 n 控制功能 n 模块应用的 “正” “误” n 插装方法 n 应用例子 21n

4、欠压锁定 n 过压保护 n 过流限制 n 空载至满载稳压 n 遥感 n 初级端及次级端的错误监察能力n 过温关机 n 10%至110%微调范围 n 定标能力(并联)2234.9V欠压导通30.5V欠压关掉36V低线 75V高线 100V100mS最大V 标称输入电压 输出电压 78.8V过压关掉0V0V23n 所有第二代模块具备直线电流限制功能n 避免损害负载n 电流限制一般定于115% VoutIcurrent limitIoutIfull loadIshort circuit24364045495358626671751.793.585.377.168.9510.7412.5314.321

5、6.1117.9-0.01-0.00500.0050.010.0150.020.025Load regulation (%)Input Voltage (V)Output Load (A)0.02-0.0250.015-0.020.01-0.0150.005-0.010-0.005-0.005-0-0.01-0.005负载调节负载调节 (%) 输入电压输入电压 (V) 输出载输出载(A) 25n 于输出端闭合环路 n 对传送线之压降没有补偿 +IN-INPCPR+OUT-OUT+S-SSC负载26n 对传送线之压降作出补偿 n 负载端闭合环路 +IN-INPCPR+OUT-OUT+S-SSC負

6、載+IN-INPCPR+OUT-OUT+S-SSC负载27n 附有反向及开路保护之遥感 +IN-INPCPR+OUT-OUT+S-SSC负载28输入欠压 输出过压超温 模块错误自动重开 SW1,2,& 3显示“错误”位置295.7V1.23V容错PCSC2-20 mS typ40mS typ30基板操作溫度基板操作溫度存放存放存放存放 -65-40-20+100 +125度度 ( C) 0300450600150输出功率输出功率 (W)31n通过模块顶部的金属基板散热 n基板与生热元件作热处理耦合，同是电气隔离的n散热方法 1.传导 2.对流 3.辐射 输入功率 = 功耗成热 + 输出功率输入

7、源 负载 功耗成热 = (1 - ) / x 输出功率输入功率 x 效率 () =输出功率32Thermal Performance Curves 100C Baseplate TemperatureVI-700 Baseplate to Ambient - No Heat SinkModel: V48C12C150A85% Maximum Module Efficiency01530456075901051201351502030405060708090100Ambient Temperature ( C )Module Output Power(Watts)natural200 LFM40

8、0 LFM600 LFM800 LFM1000 LFM1200 LFM33Thermal Performance Curves 100C Baseplate TemperatureVI-700 With .9 Longitudinal Threaded Low Flow Heat Sink(15971)Model: V48C12C150A86% Maximum Module Efficiency01530456075901051201351502030405060708090100Ambient Temperature ( C )Module Output Power(Watts)natura

9、l200 LFM400 LFM600 LFM800 LFM1000 LFM1200 LFM34364045495358626671751.052.103.154.205.256.307.348.399.4410.49525762677277828792效率效率 % 输入电压输入电压(V) 输出电流输出电流 (A) 25C 下测试下测试 87-92%82-87%77-82%72-77%效率与输入电压及输出电流变化的关系效率与输入电压及输出电流变化的关系型号型号: V48A48C500A 35横向叶片散热散热器器纵向叶片36散热器散热器 -薄型侧面薄型侧面37滑入式叶片散热器只比模块基板高0.12

10、5” 38导热垫片导热垫片 n 全型，小型，及微型的导热垫片采用可改变形态的物料 3940n 初级控制脚(PC) 模块使能/失能 工作状态指示 n 次级控制脚(SC) 输出电压调校 模块状态 n 并联接脚 (PR) 41PC 脚引只限直流应用 n 模块启动 / 停止 n 提供 5.7 volt / 1.5mA 之参考偏压 n 显示模块工作状态 42+ InPCPR- In停止 停止 = PC 2.3V43输出电压输出电压 44非隔离类可用非隔离类可用4k 电阻及一只电阻及一只LED+ InPCPR- In 电压检 测器45SC 脚脚n 输出电压调校 n 模块状态 n 把模块变成倍增器 46PR

11、 脚脚于输入连接成并联应用 n 双向传输埠 n 直流或交流耦合 n 支援容错系统47n废除串联的接法 n单线或容错网架构 n交流或直流连接 n瞬时均流 48安全隔离介面 模块及总线容错模块容错均流 单线连接直流耦合单线连接交流耦合交流网耦合结构结构变压器耦合相位阵列控制器相位阵列控制器49 简单简单 不不容错容错 模块模块 1模块模块 n回路面 50 简单简单 容错容错 模块模块 1模块模块 n+ InPCPR- In+ InPCPR- In回路面 51模块模块 1 模块模块 2 模块模块 n 真正真正容错容错 支持任何点发生错误支持任何点发生错误 52n 特别为使用第二代模块作并联配置而开发

12、，用以隔离 PR总线上的PR讯号。 53模块模块 1模块模块 2低电感地线 并联并联母母线线54模块模块 1 模块模块 2并联并联母母线线55模块模块 1模块模块 2(最多最多12)大地板大地板5657n 根据安全认证机构之要求，如果基板可被接触，则基板必需连接至安全大地或机箱之大地。 58工作绝缘工作绝缘:次级电路与机箱 / 大地之绝缘基本绝缘基本绝缘:初级电路与机箱 / 大地之绝缘 增强绝缘增强绝缘:初级与次级电路之绝缘第一级第一级:以基本绝缘防止触电第二级第二级:以增强绝缘防止触电59 Vicor 产品均采用第二级电路，并获得第一级之认证。数据表内说明之绝缘承受电压参数是根据EN 609

13、50 “资讯科技电气，包括商业器材” 第5-3章电气强度及EN 50116 “高压生产线测试” 第3页之要求。 60 所有绝缘范围，即工作，基本及增强绝缘均是根据EN 60950，表-18之要求测试达60秒。典型之测试参数为： n 输入与基板达1500Vac / 2121Vdc n 输入与输出达 3000Vac / 4242Vdc n 输出与基板达 500Vac / 707Vdc 61 所有绝缘范围均通过生产线上之高压测试，以附合 EN50116 ，除以下说明例外： n 所有AC-DC及DC-DC产品，输入与基板以1500Vac / 2121Vdc 100%测试及不少于2秒。 n 所有变压器之

14、初级与次级输入与输出以3000Vac / 4242Vdc 100%测试及不少于2秒。n 所有“大脑”之输入与输出端以3000Vac / 4242Vdc测试及不少于2秒。 n 供应商之隔离变压器以3000Vac/ 4242Vdc作100%预测试。 n 所有光耦合器均根据VDE0884作100%预测试。62n EN 60950容许电源系统内某些电气元件不用接在系统内作认证测试。由于连接至电源输出端及机箱之电容一般只有较低之额定电压，它们会于高压测试损坏，故此它们可以移除后才进行测试。 n 由于上述之例子，电源系统于移除电容后通过认证测试，并于重接电容后通过时间较短的生产线测试。但最终，用户做最终产

15、品认证测试时，仍不能通过。这是可能发生的。63n 全型及小型的DC-DC转换器必需适当地连接其遥感端，以防止环路呈开路状态。 64模块模块1 模块模块2模块模块n + 1 n 采用大型母线以减少及平衡模块输出至负载的阻抗。 n 遥感线必需连接到母线上同一点。 n 把SC端与-S端连接可把部份模块接成辅从，以减少之间的连线。 n 若需要容错，可把或门二极管连于输出“正”端。 65n 每一模块需串上保险丝。 n 模块输入及基板需接上Y-电容作共模噪声旁路。并于输入端接上电解电容以降低输入源之阻抗。 n 用PR耦合方法，最多可并联12只模块n 由于PR脚以-In作为参考，-In应有一低阻抗回路。 6

16、6模块模块1 模块模块2低阻抗之低阻抗之板式母線板式母線 并联并联母母线线67+ Out+ SSC- Out- S或门二极管或门二极管接到阵列中其余模接到阵列中其余模块的块的+Sense 端端 680.063 in.0.525 in. (13,3 mm)0.063 in.0.450 in. (11,44 mm)板内板内 对对 板上板上6970n 表面贴装插座n 支座 n 第二代模块有镀金脚选择，以供插座匹配 n 导热垫片 n 散热器 71n 可表面贴装 n 通过100A测试 n 可达多至5次之插拔 n 插座预装在胶托上 n 焊接后胶托不用除去 72n 穿孔式可作板上或板内安装 n 通过100A

17、测试 n 可达多至5次之插拔 n 插座预装在胶托上，焊接后把胶托除去 73n 先安装插座(连胶托) 于线路板上n 胶托可确保插座有适当的安装高度及间隔距离n 经焊接后把胶托除掉74n 插座 n 支座 n 第二代模块有镀金脚选择，以供插座匹配 75n 便于正确地从InMate 和SurfMate 插座中取出模块 n 避免不平均力度所可能对模块作出的损坏 n 更换工具设有专为取出全型、小型、和微型模块的尺码 7677n 高功率阵列 n 热插拔 n 微型模块之遥感处理 7879n 建议的输入滤波器包括一共模电感及Y-电容(线对地) 加两个电感及一个X-电容 (线对 线) n 此滤波器之噪声衰减功能可

18、符合传导噪声之B级要求 8081C1: 120F/100V 电解电容 n 保证输入低阻抗 n 有利稳定性及瞬态响应 n 应靠近模块输入端 +INPRPC-IN+Out-OutSc+S-SC1Input2nd GenGNDLoad8250%满载满载100%满载满载V48C3V3C75AL8350%满载满载100%满载满载V48C48C150AL84+INPRPC-IN+Out-OutSc+S-SC3C2C1Input2nd GenC2C3GNDLoadC1: 120F 100V电解电容 C2, C3: 4.7nF Y 级电容 n C2, C3 应尽量靠近模块之输入端 n 输入及输出脚附近应设有一

19、基板接地点 8550%满载满载 100%满载满载 V48C3V3C75AL8650%满载满载 100%满载满载 V48C48C150AL87+INPRPC-IN+Out-OutSc+S-SC3C2C1Input2nd GenC2C3GNDLoadL1C1: 120F 100V 电解电容 C2, C3: 4.7nF Y 级电容 L1: 27H P/N 14563 差模电感 8850%满载满载 100%满载满载 V48C3V3C75AL8950%满载满载 100%满载满载 V48C48C150AL90+INPRPC-IN+Out-OutSc+S-SC3C2C1Input2nd GenC2C3GND

20、LoadC4LC1: 120F 100V 电解电容 C2, C3: 4.7nF Y 级电容 C4: 2.2 F 聚乙烯电容 L: 2x 0.42mH Vicor P/N 36-00037 共模电感 9150%满载满载 100%满载满载 V48C3V3C75AL9250%满载满载 100%满载满载 V48C48C150AL93V48C48C150AL旁路电容置近于模块旁路电容置近于模块 100%满载满载 旁路电容远离于模块旁路电容远离于模块 94V48C3V3C75AL100%满载满载 旁路电容置近于模块旁路电容置近于模块 旁路电容远离于模块旁路电容远离于模块 95输入滤波衰输入滤波衰减减模块模

21、块 n EMI滤波达至 MIL-STD-461E n 瞬态保护达至MIL-STD-704E n 附合用于MIL-STD-810 & 202环境 n 有3A及20A板本 96连接图连接图 注:图示为使能状态，需要关断时，可把ON/OFF脚开路 第二代第二代24Vdc输入直流输入直流-直流直流转换器转换器 97连接图连接图 第二代第二代300Vdc输入直流输入直流-直流直流转换器转换器 注:图示为使能状态，需要关断时，可把ON/OFF脚开路 98SQUARE WAVE OSCILLATORD1+IN -IN ON/OFF -OUT +OUT D3D2C2Q2D5D4C3C1Q1R1R2瞬态保护简化

22、电路图瞬态保护简化电路图 方波震荡器 99浪涌限制浪涌限制 图三：外接图三：外接1000F电容时之浪涌限制表现电容时之浪涌限制表现 100瞬态免疫力瞬态免疫力 图二：图二：M-FIAM对输入的瞬变反应之表现对输入的瞬变反应之表现101EMI 滤波器滤波器 102传导噪声传导噪声图图1：M-FIAM5与与V24A12M400A模块连用工作在模块连用工作在28V,400W103COTS功能功能 EMI: MIL-STD-461ETransient protection: MIL-STD-704EEnvironment: MIL-STD-810 & 202104军用270V与与V300 DC-DC

23、转换器转换器 105军用28V输入兼容24V输入系列之转换器 106n 即使是瞬间之热插入或拔出时间，都不能违反接线头之限定或元件之绝对最高额定值。 n 当模块脱离时，或其遥感线未终接时，转换器绝不能传送能量(产生功率冲)。 n 必须采取有效措施达至均流。 n 每一模块之遥感线必需在或门二极管之后(共阴极) 作终端。最好是在热插座之共同母线上。 107+IN-INNCEMIGND+OUT-OUTNCON/OFFNC+IN-INPCPR+OUT-OUT+S-SSC561234#224002222D3D4150K75K20K250KD1D290K15KFIAM1C21Secondary Contact PlanePrimary Contact PlaneV48B3V3C150AL次级接触面初级接触面 108109110