次級同步整流及輸出均流的集成控制器

摘要：CompactPCI(簡稱cPCI)電源在計算機、工業(yè)和電信領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)得到了認可。cPCI電源采用了標準的工業(yè)機械結(jié)構(gòu)和高性能連接技術(shù)。然而，一般的cPCI電源沿用的是傳統(tǒng)的二極管整流技術(shù)，應(yīng)用時會造成很大的功率損耗，并且限制了可用輸出功率。詳細介紹了一種采用同步整流技術(shù)的cPCI電源，它利用獨特的次級同步整流和帶有輸出電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(簡稱cPCI)是由PCI工業(yè)計算機制造協(xié)會〔IndustrialComputerManufacturersGroup(PICMG)〕擬定的一種開放式標準（PCI，PICMG，CompactPCI，cPCI都是工業(yè)計算機制造協(xié)會的注冊商標）。cPCI電源的標準是PICMG2.11，該標準主要定義了cPCI電源的電氣和機械要求，以及電源和系統(tǒng)背板間的機械接口及信號接口。在機械方面，cPCI電源必須符合標準的機架尺寸，其面板與IEEE1101.10兼容。在電源設(shè)備中安裝了Positronic的47管腳的標準連接器，用于輸入及輸出功率和信號。在電氣方面，cPCI電源要符合電壓和電流、輸出電流均流及輸出遠程監(jiān)測的電氣性能要求。

圖1給出了cPCI電源的機械結(jié)構(gòu)。通常，PCI系統(tǒng)中采用3U和6U機架。3U單元（128.6mm×40.3mm×169.6mm）一般能提供大約200～250W的輸出功率，6U單元(261.9mm×40.3mm×169.6mm)一般要提供大約400～500W的輸出功率。

圖2

表1給出了3U和6UcPCI電源的典型電氣性能標準。對于電信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，電源的輸入電壓通常為DC48V。對于計算機和工業(yè)應(yīng)用，輸入電壓一般為AC110～220V。PICMG2.11沒有規(guī)定每個輸出的最大負載、全載和最小負載的要求；并且也沒有規(guī)定一個3U電源模塊要裝配200W功率，一個6U電源模塊要裝配400W功率。3U和6U機架內(nèi)的總功率主要依賴于cPCI電源的效率和PCI系統(tǒng)的冷卻方式。當(dāng)前的趨勢是在3U單元內(nèi)集成更大功率，盡可能減小cPCI電源在系統(tǒng)機架內(nèi)所占空間，從而為cPCI應(yīng)用線路板騰出更大空間。

表1cPCI電源模塊典型電氣規(guī)格

3U電源模塊（200W典型輸出功率） 交流輸入電壓 90～264V(47～63Hz) 直流輸入電壓 36～75V V1輸出 5V/50mV/0～40A V2輸出 3.3V/50mV/0～40A V3輸出 12V/120mV/0～7A V4輸出 －12V/120mV/0～1.5A 最大輸出功率 250W(2m/s，50℃) 電源輸入調(diào)整率 ＋/－1％ 負載調(diào)整率 ＋/－2％ 遠程檢測電壓 5V，3.3V，12V 輸出電流均流 5V，3.3V，12V，＋/－10％ 過流保護 所有輸出 過壓保護 所有輸出 瞬態(tài)響應(yīng) 200mV/500μs，25％負載變化 工作溫度 0～50℃ 冷卻 2m/s 外殼尺寸 3U×8HP×160mm 6U電源模塊（400W典型輸出功率） 交流輸入電壓 90～264V(47～63Hz) 直流輸入電壓 36～75V V1輸出 5V/50mV/0～50A V2輸出 3.3V/50mV/0～60A V3輸出 12V/120mV/0～12A V4輸出 －12V/120mV/0～4A 最大輸出功率 400W(2m/s，50℃) 電源輸入調(diào)整率 ＋/－1％ 負載調(diào)整率 ＋/－2％ 遠程檢測電壓 5V，3.3V，12V 輸出電流均流 5V，3.3V，12V，＋/－10％ 過流保護 所有輸出 過壓保護 所有輸出 瞬態(tài)響應(yīng) 200mV/500μs，25％負載變化 工作溫度 0～50℃ 冷卻 2m/s 外殼尺寸 6U×8HP×160mm

2 傳統(tǒng)cPCI電源電路

本文主要論述的是應(yīng)用于電信方面的cPCI電源，其直流輸入電壓為＋48V。

如圖2所示，一個傳統(tǒng)的cPCI電源在一個3U或6U機架內(nèi)通常包括＋5V、＋3.3V、＋12V輸出的3個并行的功率變換器，而－12V輸出一般從＋12V功率變換器得到。功率變換器最常見的拓撲是正激式，它在150～200kHz的開關(guān)頻率下運行。傳統(tǒng)的cPCI電源在次級用續(xù)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。每個功率變換器的反饋通過光耦達到輸入和輸出的電氣隔離。另外，還需要一個專用的均流控制芯片。這樣的cPCI電源的效率通常在75％左右。輸出為200W的話，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，3U機架里的溫度會大幅上升。事實上，在cPC

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