次級同步整流及輸出均流的集成控制器

2 傳統cPCI電源電路

本文主要論述的是應用于電信方面的cPCI電源，其直流輸入電壓為＋48V。

如圖2所示，一個(gè)傳統的cPCI電源在一個(gè)3U或6U機架內通常包括＋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)的拓撲是正激式，它在150～200kHz的開(kāi)關(guān)頻率下運行。傳統的cPCI電源在次級用續流肖特基二極管，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)光耦達到輸入和輸出的電氣隔離。另外，還需要一個(gè)專(zhuān)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(huà)，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機架里的溫度會(huì )大幅上升。事實(shí)上，在cPCI系統機架內，為了保證電源工作的可靠性，需要給用戶(hù)提供一個(gè)類(lèi)似于圖3的功率下降曲線(xiàn)圖。盡管每個(gè)功率變換器的設計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，對于3U機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。

圖2 傳統cPCI電源電路原理框圖

圖3 功率下降曲線(xiàn)(氣流降低造成輸出功率降低)

3 次級同步整流cPCI電源

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用電路里都利用了同步整流技術(shù)。3U機架內傳統的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，在同樣的機架內就可以裝配400W的電源。表1列出了cPCI電源模塊典型電氣規格。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)控制次級同步整流MOSFET，還可以通過(guò)一個(gè)柵極驅動(dòng)隔離變壓器來(lái)控制原級MOSFET，使控制系統實(shí)現次級同步整流以及負載均流非常簡(jiǎn)單。

每個(gè)cPCI電源都有4個(gè)接口信號：其中EN＃，INH＃從cPCI系統背板產(chǎn)生，用來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉電源；DEG＃，FAIL＃由cPCI電源產(chǎn)生，它們將向cPCI系統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＃信號須接地。低INH＃信號優(yōu)先于低EN＃信號。INH＃通常通過(guò)一個(gè)上拉電阻接到＋12VVcc。

——DEG＃(Degrade,管腳38)當電源溫度處于內部過(guò)熱停機溫度20℃的范圍內時(shí)，DEG＃信號拉低。該信號由電源產(chǎn)生。

——FAIL＃(Fail,管腳42)當電源的任何輸出超出了可調范圍、過(guò)壓或過(guò)流時(shí)，FAIL＃就會(huì )拉低。該信號也由電源產(chǎn)生。

只有接口信號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

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)的詳細描述。

表3 LED指示器狀態(tài)

以圖5的＋5V變換器為例，其均流電路如圖6所示。

圖5 SC4910應用電路(集成次級同步整流，次級PWM控制，負載均流)

圖6 SC4910電流均流電路