3500W与6000W开关电源剖析.docx

W电源改用IXYSHm2.5FDC850VcbbIR35MBI40AIRP425i-bIOnFIOiiFF5F"cdc850vJVFramegnd28InmM5l6IRFIO98IRM4427E:M141?1.A28-NPIX：500VCCi600OW电源MoSFET改用封装SOT-227四螺孔接线57A500VIR或IXYS模块CG控制板AC200240V/24AAC380-485V/l3A三相输入（或单相输入）'1.EMSwiss受控桥IOnF-!-600Wfiij!用1.A58R1.EM)"PFC÷/Nz-v-v-v-Jj1.-47mmJ-CBB1.OHFDC（全小变加）PFC!J-、3IOnF/61.55Wj>47mnjTnF5H5W-r(IOnFAC440Vl2m11SSiM*CCKPFC80nm_大地环MOuFX4DC450V22.5mm图13500W.6OOOW高档开关电源主功率变换器（三环节）电路图初拟PFCCCt3500W与6000W高档开关电源的剖析(1)剖析了直流蝌出48V7OA,35OV/IOA两种35«)Wf148Vll2A与35OV/I7A两种6OW高档开关电源的电跖设计马元器件应用特点，并提出了有待接着分析的问SSo该电源铁克上的铭牌标明，是IBM公司的“Bulk”大里般船专用电源，一种是出流输出48V.-70A的长型通信电源，长X宽X高=70CmX22CmXI2cm,重用约14kgl电网输入三和380415V(电流I3A),也可降低输入200-24OV(电流24A).频率50-6()Hz.这种电源装有电风崩强迫风冷，还在外壳上安装了一只三相高压大开关.电网输入先经大屏板食逑波。另一种是宜流输出35OV/IOA的短里特种电源，长X宽Xi=40cm30cm8cm,IR约IOkg,无覆迫风冷,散热涔也较短。其铁壳上格牌标明为电网三相输入，有三种输入范围：200240V380-415V460480V.低电压时IlN=25A(MAX。其恤出直流为350V/12.5A(MAX).电网频率50-M)Hz.235()OW电魂解剖解剖工作第一步是拆焊两种(两台)电源主板上的大功率元器件共有一类：1)圾虫的大号感性组件主功率变压器和Boosi储能电感器，铁粉芯毡环电感5只；2)大号MOSFET、IGBT功率开关管模块，和两只电网整流器模块P425等；3)大号高压铝电新电容S940F450V4只，220E,450V2U,以及多个CBB高城、高J卡、无忌、无极性聚丙烯大电容潺.椰足优质的突波汲取元件.图23500W.6000W高档开关电源总方框与PFC、全桥控制板关系图2.1 IR公司的功率器件目先，让我意外新颖的是：均为IR公司商标的MOSFET、IGBT大模块，其产品鞭号标记尽然都被假代号警换,它们在IR公E原本产品手册上均存不到.I)侧雕贴出一个IGBT内接一只二极管的模块，标号为“F53O(9604)"、"F826(9615)"、-TI670(9726).、“F4702(9845)”等.2)从电路推断是一个MOSFET内含一只：极管的模块，标号为“M4005(6315)"、”M4427(9624)"、"M3422(9611)*等。3)从电路推断是二只MoSFET(华桥双管的模块，标号为M522O(97O8)"、“M5662(9726、-M3419(9603)*,"M6768(9814)"%在市场上从未见过这种特别外壳，每只更近100g的MoSFET大模块，每台电滁用4只，共散热顶层的钢块Kt达6mn),长X宽=9.2CmX2cm,48V电源彳i炸裂。4） PFC限制板上的主芯片标记为“53H1747”,4台电源均同，本应是UC3854,我先把拆焊下来的IR公司产品MOSFETHllGBT共89只，带到IR深圳分公司找技术员询问和卷定,答复是“军用绝密级"产品,非工业民品,故手册上无.按350OW电源分析，该MOSEET反向耐年应在5(X)V-600V,工作电流在30A40A.他于IR代理商确认了这两种大功率电源主板上运用的大号高颇开关管，是为军用装备特制的而档产品，为了保密才改用假代号,囚此，值辨下功夫仔细细致地对两种350OW电源作深化解剂、全面测3、专SS分析。随后我又几次在供货商处自行多台开靛电源主板上的MOSFET,IGBT模块侧壁商标，并具体记录主要符号，才发觉IR公司设在墨西哥(Madeinmexico:厂地的特制MOSFET.咯版了下述重要标记：但凡在最下层标上“825039+”者.不管假代号怎么变,均为半桥双管MOSH,如mM747I(9846)*、“M3937(9613)-、"M3438(9602)".,M5706(9732)"、"M3467(9602)”:但凡被下层标记为“826252+-者，不管假代号如何换.均为堆管MOSFET加一只二极管，如“M7453(9845)"、*,M4045(9616)"、ttM3721(9609)"、*M5394(9714)-、',M3161(9547)”、“M3453(9602)*等。327.56Vdiv327.6V0.397div0.794A电乐具有效值电流具有效值功率功率因数频率233.2V0.473A94.7IW0.85950.00HzK50电压频谱总谐波：1.1%3次谐波：0.7%5次谐波：0.3%7次谐波：0.4%9次谐波：0.3%图3用PF9811测量仪及专用软件、配合联想电脑测量打印的电源波形与数据电源上运用的EC公司CCB高压无极性电容器,其工艺之精致，市场上难见到.I）每台电源用3只大号长园柱形CBB-25F/DC85OV,H×D=6cm×2.4cni;2）用2只椭网形CBB-8FDC5OOV,1.WT=4.7cmx3.9cn×2.6cm;3）用台用2只CBB-1.OHF/DC850V（扃平形、4引脚），上述三种电容器用在三相输入或波与Boost电路：5） 48VkOA迪信电源输出源波电容器CBB-50F.>C100V.是最粗胖的,无极性：6） 35OV/IOA特种电源输出逑波电容器CBB-3.3FTK'5OOV,均刖半透亮硅胶封装.7） 3磁性元件对两种350OW高档电源主板上好用的大型极件如合拆开细看，其特别的设计构造和选材，让我大开眼界,并悟到多项技巧.主功率变压器漆包战烧组和绝绿胶带拆解之后发觉,两种350Ow电源均是用两块大号越环会台而成.每块磁环的外径达73mm.磴环以（高）12mm,其绕祖代的宽度为18mm,选用世环在100kHZ开关而频时不存在漏招问题；而两块扁平面横坏叠合在一起，再紧绕制主变压器的原边绕组和副边绕组、加多层绝缘收带等。在两块金展铁粉芯磁环平面之间,事实上仍旧存在很多小的自然气隙（虽已乐歌战拢）,这使得主功率变出潺在重负毂高频大电流工作时.抗饱和实力大增,这与大号功率铁氧体磁芯的微断面被细磨物光“镜亮”的状况大不一样.美、饨公司在大功率而频开关电源关键部件上接受的先进技术俏汨借器，可以预料,假如350（）W电源的主功率变压器改用传统常规的EE85原型铁氧体磴芯，不仅体积和Hi量会成倍增大，而旦过我抗他和实力会明显降低,使电源在浪涌冲击卜'损坏MOSFET功率管的几率大为增加.由Ascom研制的M）（X）W-48V112A大功率电源.其主变压器磁芯改为三块73mm扁平段环殁合.这个惊人之举太奇妙、独特而意义深远，非常值得学习接受.电压我有效值电流直有效位功率功率因数频率23I.7V2.I63A495.581W098949.94Hz压值值电格峰流值也电格峰324.87Vdiv324.9V：I609Adi：3.218A电流频谱总谐波:6.3%3次谐波：3.6%5次谐波：1.4%7次谐波：1.3%9次谐波：0.9%图4350V/10A电源在加载400W后测量打印的电网输入波形、电流频谙（省略了电压频谱）拆解后才发觉新颖的构造1.j选材.350V/10A电源Bst电感器是接受三付6块EE55帙领体城芯复合而成,但其中心柱檄Iij父隙达5.2mm（每块为2.6mm）BWSt储能电感器的绕组导浅井不用常规的笠股0.47mm漆包跳稔绕，而是接受两条极薄的（厚度仅0.1mm）、宽度33mm红钢带叠合，每条薄铜带总长约6.5m,经合压米在（可插6块EESSfiS芯的）塑料什架上共绕26圈，再接焊锡导线引出，用多层耐高压绝缘胶带扎紧包袱，这种特别薄铜带工艺统利的Bikw储能电感量=267H,Q=O.36,它对于减小高频篥肤效械、改善BoON变换擀开关调制波形、降低磁件泡升均有重要作用.这乂是一项前所未见的电大技术革新.多年来电源技术论文中彳!关PFcBoost祗件的曲计论文尚未见过这种报道.前几年我在20（X）WPFC试验时换用几种大号铁粉芯磁环.或用较大Mf形快氧体磁芯加大气隙，烧制的BCoM储能电感器仍发热过快、过高,效果不志向.现受到很大启发.附加谐振电盛器拆焊35OVIO电源时，发觉主功率变压器端边境组申联的附加谐振电感器，是种直径为33mm的钛硅铝描环，绕组用多股细线绕3,圈，电感埴为3.2ll而拆焊600OW电源35OV/I7A输出型,其原边小接的附加谐振电感器是用42mm的快硅铝磁环.比拟几年的试验用的10W.2（XX）V300OW电源.曹川加气隙的EE55、EE65、EE70秩轨体做附加谐振电感涔.它们比主功率变压器破芯只小一个等微，口温升较高.可见改用秩桂铝磁环.能大大减小附加谐振电感器曳及和体积，是发觉的又一项新技术，为了精确绘制两种350Ow电源主板上的全部元器件理点位汽，印制板刖箔走线，以便画出真实的电源电路设计图,我预先测量尺寸,尽量避开焊点,在主板中间位置锯开了卬制板（f?2mm的玻璃纤维硬板）.最终按1：1的实际比例,用2张A4空印纸即可绘制出电源主板正面元器件布局图、两块限制板焊点位比等.再用2张A4F纸绘制电源主板反面印制板铜箔走线、一些贴片阻容、很多穿孔焊点定位等.弁由此初步绘出了350OW电源的主功率变换电路，如图1所示.两种电源的设计构造大同小异，并给出了图2总方框图与PFC全桥限制板的关系图，33S00W两种电源主电路的特点与分析从实体解剖、拆焊绘制48V/70A通信电源（有的穿孔、有的并不穿孔只在单面），由此绘出的图1主功率变换电路图,以及图2电源总构造框图与PFC、全桥限制板相互关系.看出一个总体规律”1）两种口.流输出电压和电流大不一样的3500W高档电源（MKIo均相差7倍），其主功率变换电跖的三大环节根本一样，即电网输入泄波整流电路：PFC系统的BuCkBOOM祖合电路亦分段限制；全桥变换器移相式限制ZVS软开关电路2）两种电源的PFC贴片元零件限制板完全一样.有8只IC和上百个团容0包括PFC限制板与电源主板连接的双列插头16芯焊脚也完全一样.高密度的PFC贴片限制板仅M1.Omm但解制发觉印制板内部还有两个夹层电路设计。3）两种电源的贴片元器件高密度全桥限制板实体大不,样，其主芯片均用UC3877,48V70电源全拚限制板单面布元器件。其总面枳比双面均焊贴片元器件的3S0V/10A电源全桥限制板大-倍：单面元零件的印制板夹层铜箔走线也较简?些,两种电源接外无监控电路插座构造也不同.48V电源全桥限制板上与主芯片UC3877DWP协作的另外7只IC是1.M339X2,74HCo5.74HC86,I.M358X2,MAX875.35OV电源全桥限制板与主芯片UC3877DWP协作的另外8只IC是OPI77G、AD62O、1.M393X3、1.M358、74HCo5、74HC86等,48V/70A通信电源长70cm,主板空间富裕.但该电源Boosl储能电礴器极芯只用了两付4块EE55,功率容MfR小，有两台电源炸毁BoostMOSFEI,是设计失误.(b) 较轻载：230.3V3.884A,891.35W,P尸=0.996(c) 极轻载：232.9V/O.752A,163.18W,PF=0.932(d) 重栽：221.2V/9.677A,2146.52W,PF=0.999表1及图3分别给出了一台350V/10A电源在空载恶劣条件下，仪渊4IS打印的数据和波形.图4给出加负钱4(X)W之后测量打印的电网输入电流、电压波形，功率因数曲,频讲特性等.IBM,AsCCm电源把市电三相怆入,奇妙地先分解成两个单相怆入,然后再分别作全波整流，其中只受控，这在大功率开关电源设计上具有重大优势和好用价俯。一般的三相PFC变换涔输出电压商达DC760-800V(有的甚至DClOoOV)这就要求后圾变换器的功率开关管酎压达DC100o-1200V.因此,国际上热门探讨用三电平软开关变换器克制该难题,它须要多小联一只开关管降低反向电乐,使电路元器件及本钱明显增加.而IBM独辟新路.用较简化方法解决了该难题.图4为加我波形.图5给出了35OV/1OA电源在4种不PJ负或条件下,测破打印的电网输入电流、电压波形等，表1PF98I1协作电脑、专用软件测量打印的第2页测试报告:而次谐波数据群谐波次数电压谐波电流谐波谐波次数电压谐波电流谐波I100O%100.0%260.0%0.3%20.0%0.5270.1%3.6%30.7%14.6280.0%0.2%40.0%0.1%290.0%2.1%50.3%10.5%300.0%0.2%60.10.3%310.0%1.5%70.4%5.2%320.0%0.1%80.0%0.3%330.0%0.6%90.3%1.9%340.0%0.2%100.0%0.2%350.0%2.2%110.4%2.2%360.0%().1%120.0%0.4%370.0%1.1%130.4%3.7%380.0%0.2%140.0%().2%390.0%1.2%150.1%4.9%400.0%0.1%160.0%0.4%410.0%0.2%170.2%3.6%420.0%0.1%180.0%0.0%430.0%0.2%190.1%3.0%440.0%0.3%200.0%03%450.0%0.8%210.0%2.8%460.0%0.1%220.0%0.2%470.0%().8%230.0%2.0%480.0%0.2%240.0%0.1%490.0%0.2%250.11.9%500.0%0.0%刘成功