芯耀
与非AI
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1. 方案整体定位与核心规格
1.1 方案定位
本方案是针对工业高压多路输出场景打造的 60W 级参考设计，基于 1700V PowiGaN 开关与自适应 ZVS 控制，采用单级反激架构实现三路高精度稳压输出，目标是替代传统 “反激 + 后级 DC-DC” 的多路电源方案，为客户提供更精简、更低成本、更高可靠性的设计参考。
1.2 核心电气规格
| 类别 | 参数 | 说明 |
|---|---|---|
| 输入电压 | 90VAC ~ 670VAC | 覆盖单相、三相工业电网，支持电压波动 |
| 总输出功率 | 60W | 典型工业辅助电源功率等级 |
| 输出 1 | 5V / 2.5A | 数字电路、主控芯片供电 |
| 输出 2 | 12V / 1A | 驱动电路、接口电路供电 |
| 输出 3 | 24V / 1.5A | 执行机构、传感器供电 |
| 调节精度 | 优于 ±1% | 全输入、全负载范围 |
| 拓扑架构 | 单级反激 + 分时选通 + 自适应 ZVS | 无后级 DC-DC 稳压器 |
资料获取：采用自适应零电压开关的1700V GaN开关在多路输出反激式变换器中的应用
2. 系统架构与硬件设计要点
2.1 整体电路架构
方案采用初级侧集成控制 + 次级侧选通稳压的架构：
- 初级侧：核心为集成 1700V PowiGaN 功率开关的控制 IC，内置 PWM 控制、ZVS 时序计算、故障保护等全部控制功能，外围元件极简；
- 隔离变压器：采用独立绕组结构，利兹线绕制，原边单绕组、副边三绕组，实现电气隔离与能量传输；
- 次级侧：包含 1 路同步整流管、2 路选通 MOSFET、三路独立反馈网络，通过分时选通实现各路输出独立稳压。
2.2 初级功率级设计
初级功率级核心为 1700V GaN 开关器件，针对 670VAC 最高输入进行耐压设计，保留充足安全裕量，无需额外的浪涌抑制器件即可应对工业电网的瞬态过压。
IC 集成度高，内置高压启动、供电电路、保护电路，大幅减少外围元件数量，同时简化了 PCB 布局布线，降低设计难度。
2.3 次级多路稳压设计
次级侧仅用 1 颗 SR 管配合 2 颗选通 MOS 管，即可实现三路输出的独立稳压，器件数量远少于传统三路输出加后级稳压的方案。
- 5V 路直接通过 SR 管整流稳压，作为 ZVS 反向能量的提供通道；
- 12V、24V 路通过选通 MOS 控制能量配送，配合独立反馈实现精准调压；
- 反射电压设置在 200-250V 区间，兼顾初级开关应力与次级能量释放速度。
2.4 变压器优化设计
变压器采用独立绕组结构，12V 绕组采用 2×0.3mm 利兹线绕制，在保证通流能力的同时，降低高频集肤效应损耗。优化后的变压器漏感低至 5μH，绕组耦合度高，不仅提升整机效率，还有效抑制漏感尖峰，降低钳位电路损耗。
3. 核心性能实测结果
3.1 效率表现：全电压范围提升近 1%
在 90V 至 670VAC 全输入电压范围内，开启 ZVS 后的方案效率均显著优于非 ZVS 方案，整体效率提升接近 1%。
对于常年连续运行的工业设备，1% 的效率提升意味着每年可减少可观的电能损耗，同时降低系统发热，延长设备使用寿命。
3.2 温升表现：IC 温升降低约 2/3
在室温 22.4℃环境下测试，开启 ZVS 后，控制 IC 的温升仅为非 ZVS 方案的约 1/3。
开关损耗是高压反激中 IC 的主要发热源，ZVS 几乎消除了开通损耗，大幅降低了芯片的热应力。这一提升的工程价值极高：不仅可以缩小甚至省去 IC 散热片，减小电源体积，更直接提升了器件的长期可靠性与寿命。
3.3 稳压精度：全工况 ±1% 以内
测试覆盖 170V、230V、415V、650V 四档输入电压，以及空载到满载的全负载范围（12V 输出保留 20mA 最小负载），三路输出的电压调节误差均控制在 ±1% 以内。
该精度达到了传统方案增加后级线性稳压器的水平，而本方案完全通过单级反激实现，省去了后级的成本与损耗，架构优势显著。
3.4 EMI 性能：传导辐射显著优化
按照 EN 55022 标准进行传导辐射测试，开启 ZVS 后，准峰值（QP）与平均值（AV）均明显低于非 ZVS 方案。
ZVS 软开关降低了开关瞬间的 dv/dt，从干扰源头抑制了电磁噪声，可减少 EMI 滤波元件的数量与规格，进一步压缩 BOM 成本与 PCB 面积。
4. 工程化优势与落地价值
4.1 BOM 成本优化
相比传统 “反激 + 三路后级 DC-DC” 方案，本方案省去了 3 颗稳压芯片及配套电感、电容；相比高压硬开关方案，省去了部分散热器件与 EMI 滤波器件。整体 BOM 物料数量减少，综合成本显著降低。
4.2 体积与装配优势
更高的开关频率缩小了变压器体积；精简的电路结构减少了 PCB 面积；更低的温升简化了散热设计。最终电源整体体积可缩小 20%-30%，适配工业设备日益紧凑的安装空间。同时更少的元器件也简化了生产装配工序，降低制造成本。
4.3 可靠性与维护优势
更低的工作温升、更少的元器件数量、更高的耐压裕量，三重因素共同提升了电源的长期可靠性，降低工业现场的故障率与维护成本。对于无人值守的工业终端、电力设备，可靠性提升的价值远超器件成本本身。
4.4 开发与适配优势
方案基于高度集成的控制 IC 开发，参考设计成熟完整，客户可快速移植适配自身产品，大幅缩短研发周期。同时超宽输入的特性使一款设计可适配全球不同电网，减少多版本电源的开发投入。
5. 方案扩展能力
本方案架构具备极强的可扩展性，可根据具体应用需求灵活调整：
