下一代48V分布式電源架構的電源設計

集成浪涌控制

原型產(chǎn)品的尺寸限制意味著(zhù)無(wú)法采用傳統的限制浪涌的方法。在這種情況下,CD的工程師進(jìn)行浪涌控制的方法是在其中的兩個(gè)輸入二極管處使用硅控整流器(SCR),參見(jiàn)圖3。這些SCR最初在輸入電壓即將過(guò)零前啟用,讓短電流脈沖開(kāi)始為大容量電容充電。在幾個(gè)循環(huán)中,啟動(dòng)點(diǎn)逐漸前移,直到接近電源的峰點(diǎn)。這樣就完成了浪涌保護過(guò)程。這時(shí),對SCR的啟動(dòng)使它們像普通二極管一樣工作,然后允許電路的其它部分啟動(dòng)。

圖3

這種作法也提供勝于熱敏電阻等方法的保護功能。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的低輸入電壓下的低負載后,負載的增加可能造成大量電壓損耗,導致裝置跳閘或無(wú)法調整,直至熱敏電阻的溫度上升。有了SCR設計提供的浪涌保護后,輸入電壓不再以這種方式下降。使用SCR方法后,仍會(huì )發(fā)生浪涌現象,但浪涌會(huì )降低至可接受的水平。這也有助于保險絲的選擇,因為浪涌電流的有效值小于穩態(tài)電流。盡管電流脈沖可能會(huì )很大(僅受到電源和輸入濾波器阻抗的限制),浪涌均方根值(是選擇保險絲或斷路器時(shí)的關(guān)鍵參數)還是完全位于可能會(huì )使用的最小裝置的性能范圍之內。并且,因為這一最新的浪涌控制機制,保險絲可以是高熔斷類(lèi)型中最常見(jiàn)的“F”型（快熔型）。

絕緣金屬基板(IMS)

即使假設通過(guò)采用提高效率的方式(例如直流/直流轉換器常用的方式)可以達到高于平均值的效率,我們的輸出率和效率目標也表明原型設計必須在全負載時(shí)能夠散發(fā)高達100瓦的熱量。通過(guò)以熱耦合方式耦合至散熱片或其它散熱表面,可以有效地將原型產(chǎn)品基板上的熱量散去。這里的問(wèn)題是如何將組件的熱量通過(guò)印刷電路板轉移至基板。特別要注意的是,很明顯使用傳統的FR4 印刷電路板材料無(wú)法滿(mǎn)足散熱要求。但是另一種選擇,絕緣金屬基板(IMS)技術(shù)(銅箔軌和金屬基板間夾有一個(gè)薄薄的電介質(zhì)層,如圖4所示)卻能提供一種滿(mǎn)足散熱要求的方法。

圖4

關(guān)鍵技術(shù)是電介質(zhì)材料,它必須能夠提供良好的導熱性和電介質(zhì)絕緣性。而限制因素是：基板必須提供必要的熱性能,而不能讓電介質(zhì)過(guò)薄,也不能有過(guò)多的填充材料。為了達到這些目標,CD選擇的Thermagon 1KA T-preg IMS所使用的電介質(zhì)擁有4.0W/mK左右的熱導率?；遄陨淼奶匦栽诤艽蟪潭壬先Q于它的尺寸和其它參數,包括金屬的厚度和特殊技術(shù)的使用(例如可焊散熱片、內層和導熱孔)。CD原型產(chǎn)品的最大允許基板溫度為行業(yè)事實(shí)標準100°C(用一個(gè)熱電偶穿過(guò)散熱片上的一個(gè)小孔與基板中央接觸來(lái)測量溫度)。知道了滿(mǎn)足標準磚型模塊占位面積所必須的基板最大尺寸后,就可以確定金屬的厚度和其它優(yōu)化技術(shù)以滿(mǎn)足基板最大允許溫度要求。

除熱性能外,Thermagon之所以成為一個(gè)關(guān)鍵性選擇還有另外兩個(gè)原因。首先,其0.2毫米絕緣材料具備與目標用途相關(guān)的UL認證;其次,進(jìn)行組裝的多家印刷電路板生產(chǎn)廠(chǎng)都可使用這一技術(shù),所以可以確保資源的充足性。