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次级同步整流及输出均流的集成控制器

2015-01-17 01:04 摘要：CompactPCI(简称cPCI)电源在计算机、工业和电信领域的应用已经得到了认可。cPCI电源采用了标准的工业机械结构和高性能连接技术。然而，一般的cPCI电源沿用的是传统的二极管整流技术，应用时会造成很大的功率损耗，并且限制了可用输出功率。详细介绍了一种采用同步整流技术的cPCI电源，它利用独特的次级同步整流和带有输出电流均流功能的集成控制器SC4910，使之在效率和性能方面都有了很大的提高。

1 概述

CompactPCI(简称cPCI)是由PCI工业计算机制造协会〔IndustrialComputerManufacturersGroup(PICMG)〕拟定的一种开放式标准（PCI，PICMG，CompactPCI，cPCI都是工业计算机制造协会的注册商标）。cPCI电源的标准是PICMG2.11，该标准主要定义了cPCI电源的电气和机械要求，以及电源和系统背板间的机械接口及信号接口。在机械方面，cPCI电源必须符合标准的机架尺寸，其面板与IEEE1101.10兼容。在电源设备中安装了Positronic的47管脚的标准连接器，用于输入及输出功率和信号。在电气方面，cPCI电源要符合电压和电流、输出电流均流及输出远程监测的电气性能要求。

图1给出了cPCI电源的机械结构。通常，PCI系统中采用3U和6U机架。3U单元（128.6mm×40.3mm×169.6mm）一般能提供大约200～250W的输出功率，6U单元(261.9mm×40.3mm×169.6mm)一般要提供大约400～500W的输出功率。

图2

表1给出了3U和6UcPCI电源的典型电气性能标准。对于电信和网络应用，电源的输入电压通常为DC48V。对于计算机和工业应用，输入电压一般为AC110～220V。PICMG2.11没有规定每个输出的最大负载、全载和最小负载的要求；并且也没有规定一个3U电源模块要装配200W功率，一个6U电源模块要装配400W功率。3U和6U机架内的总功率主要依赖于cPCI电源的效率和PCI系统的冷却方式。当前的趋势是在3U单元内集成更大功率，尽可能减小cPCI电源在系统机架内所占空间，从而为cPCI应用线路板腾出更大空间。

表1cPCI电源模块典型电气规格

3U电源模块（200W典型输出功率） 交流输入电压 90～264V(47～63Hz) 直流输入电压 36～75V V1输出 5V/50mV/0～40A V2输出 3.3V/50mV/0～40A V3输出 12V/120mV/0～7A V4输出 －12V/120mV/0～1.5A 最大输出功率 250W(2m/s，50℃) 电源输入调整率 ＋/－1％ 负载调整率 ＋/－2％ 远程检测电压 5V，3.3V，12V 输出电流均流 5V，3.3V，12V，＋/－10％ 过流保护 所有输出 过压保护 所有输出 瞬态响应 200mV/500μs，25％负载变化 工作温度 0～50℃ 冷却 2m/s 外壳尺寸 3U×8HP×160mm 6U电源模块（400W典型输出功率） 交流输入电压 90～264V(47～63Hz) 直流输入电压 36～75V V1输出 5V/50mV/0～50A V2输出 3.3V/50mV/0～60A V3输出 12V/120mV/0～12A V4输出 －12V/120mV/0～4A 最大输出功率 400W(2m/s，50℃) 电源输入调整率 ＋/－1％ 负载调整率 ＋/－2％ 远程检测电压 5V，3.3V，12V 输出电流均流 5V，3.3V，12V，＋/－10％ 过流保护 所有输出 过压保护 所有输出 瞬态响应 200mV/500μs，25％负载变化 工作温度 0～50℃ 冷却 2m/s 外壳尺寸 6U×8HP×160mm

2 传统cPCI电源电路

本文主要论述的是应用于电信方面的cPCI电源，其直流输入电压为＋48V。

如图2所示，一个传统的cPCI电源在一个3U或6U机架内通常包括＋5V、＋3.3V、＋12V输出的3个并行的功率变换器，而－12V输出一般从＋12V功率变换器得到。功率变换器最常见的拓扑是正激式，它在150～200kHz的开关频率下运行。传统的cPCI电源在次级用续流肖特基二极管，并且用同样的肖特基二极管作为输出冗余二极管。每个功率变换器的反馈通过光耦达到输入和输出的电气隔离。另外，还需要一个专用的均流控制芯片。这样的cPCI电源的效率通常在75％左右。输出为200W的话，大约有66W的功耗；在环境温度为50℃、冷却空气流速为1～2m/s时，3U机架里的温度会大幅上升。事实上，在cPC