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小巧而不失高效,加速开发好帮手 —— PI DER-868评测

2022/12/01 作者:与非网
阅读需 10 分钟
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Power Integrations, Inc.是一家专注于高压电源管理及控制领域的高性能电子元器件及电源方案的供应商。该公司推出的InnoSwitch3系列集成IC,集成度高,稳定性好,损耗小,一经推出就大受欢迎。广泛应用在电表、智能电网、工业电源、家电、计算机和消费电子的辅助电源、待机电源和偏置供电电源等产品上。

PI最新推出集成GaN的器件INN3679C-H606,该器件中的GaN耐压高达750V。拓宽了InnoSwitch3系列产品的应用范围。

同时PI推出采用INN3679C-H606的评估板DER-868,该评估板为60 W隔离反激电源。可85–265 VAC全电压范围输入。本次测评就是针对DER-868评估板,间接评估INN3679C-H606的性能。

 

实物开箱和硬件介绍

拿到手的DER-868评估板如图1所示,整个板体通过2个绝缘螺钉固定在一块亚克力基板上。这里要表扬一下PI,这样设计评估板在放置和拿取的时候更合理,也方便了很多。

图1

评估板DER-868的体积非常小,长宽尺寸只有75mmX35mm。如图2所示,其功能分区大体如下。

图2

图3

主要性能参数

表1

电路图分析

图4

从电气原理图(图4)中可以看出,电路板主要有三部分构成,输入滤波整流电路,反激电源一次侧电路,反激电源二次侧电路。

输入滤波整流电路中,保险丝F1隔离电路,防止组件故障,共模电感L1和L2与电容C1衰减EMI。桥式整流器BR1对交流线路电压进行整流,并通过滤波电容器C2提供全波整流直流电流。电容C3用于减低共模EMI。电阻R1和R2与U2一起构成放电电路,当电源与交流电源断开时,为电容器C1放电。

反激电源一次侧电路,变压器(T1)原边线圈一端接整流直流母线,另一端接INN3679C-H606(U1)内开关的漏极。电阻R3和R4在低电压和过电压条件下提供输入电压保护。由二极管D1、电阻R5、R6和R7以及电容器C4形成的低成本RCD钳位限制了在U1内部开关关闭的瞬间U1两端的峰值漏极电压。钳位电路有助于消耗变压器存储在T1漏感中的能量。

INN3679C-H606是自启动的,当第一次交流上电时,使用一个内部的高压电流源为BPP引脚电容器(C6)充电。在正常运行期间,主侧区域由变压器T1上的辅助绕组供电。辅助(或偏置)绕组的输出使用二极管D2进行整流,并使用电容器C5进行滤波。电阻R8限制了向INN3679C-H606(U1)的BPP引脚提供的电流。

齐纳二极管VR1与R9和D3用于感应输出电压,实现输出过电压保护。在反激式变换器中,辅助绕组的输出跟踪变换器的输出电压。当转换器输出电压过高时,辅助绕组电压升高,导致VR1击穿,从而导致电流流入 U1的BPP引脚。如果流入BPP引脚的电流高于ISD阈值,控制器将锁定关闭并防止输出电压进一步增加。

反激电源二次侧电路,变压器的副边由MOSFET Q1整流,由电容器C8和C9滤波。通过RCD缓冲器R11、C7和D4,在瞬变期间对高频振铃进行衰减,否则会产生辐射EMI。二极管D4用于降低电阻R11的功耗。

InnoSwitch3-EP IC的二次侧提供输出电压、输出电流的监测,并向同步整流的MOSFET(Q1)提供驱动信号。Q1的栅极由 U1内部的二次侧控制器驱动打开。电阻R12可以将感知到的同步整流管两端的压降馈入IC的FWD引脚。

输出电流通过监测IS和GND引脚之间的电阻R14之间的电压降来感知,其阈值约为35 mV,以减少损耗。C12可从外部噪声中对IS引脚进行过滤。当检测电阻两端压降低于CC阈值时,该设备在恒压模式下运行。在恒压模式运行期间,通过分压器电阻R15和R16传感输出电压来实现输出电压调节。R16上的电压以一个内部参考电压阈值输入FB引脚。调节输出电压,以便在FB引脚上达到1.265 V的电压。电容器C13对FB引脚处的信号提供噪声滤波。

电容器C15和C16用于降低高频输出电压纹波。

 

评估板相关资料

PI官网上有DER-868的资料,包括设计报告和电路板的gerber文件。

 

图5

核心器件

核心器件INN3679C-H606属于InnoSwitch系列IC,其将初级、次级和反馈电路同时集成到一个表面贴装IC中,主体为初级MOSFET、初级侧控制器、用于同步整流的次级侧控制器。其中,初级MOSFET采用PowiGaN开关替代传统硅晶体管,从而降低开关损耗。和硅器件相比,PowiGaN产品可实现体积更小,重量更轻,效率更高的电源产品。此外,初级侧控制器和次级侧控制器之间通信采用了创新性的FluxLink技术,无需使用任何光耦元件即可在安规隔离带之间进行反馈控制。

INN3679C-H606的参数如下表:

表2

芯片相关资料

PI官网上有芯片的数据手册、应用指南、技术介绍等的资料,通过学习这些资料可以更全面的了解芯片功能和性能,助力研发工作。

图6

上电实验

上电实验用到的设备如图7所示:

  • DER-868评估板
  • 电子负载
  • 示波器
  • 电力监测仪
  • 230V交流电插排

图7

实验分为两部分,一部分测评估板效率,一部分测评估板纹波。

评估板的端子为测试用针,在实验之前先对测试针接线,并用绝缘胶带固定。

效率实验,将DER-868的输入端子通过电力监测仪与电源插排进行连接,输出端子与电子负载进行连接。电子负载用来测输出功率值,因为没有交流数字电源,用电力监测仪代替测输入功率值,步骤如下:

1.    打开电子负载,按照评估板额定功率的10%、25%、50%、75%、100%的顺序加载,最终将DER-868输出功率提高至60W。并记录输入功率值、输出功率值。

2.    利用记录数据计算DER-868在不同负载下的效率值。

经过整理计算得到表3。可以通过表3了解该评估版的效率和性能。

表3

纹波实验,将示波器探头接入DER-868输出端子,依然按照评估板额定功率的10%、25%、50%、75%、100%的顺序调整电子负载,并观察电压纹波。

评估板纹波图如下:

10%负载

图8

25%负载

图9

50%负载

图10

75%负载

图11

100%负载

图12

从波形上看,DER-868纹波性能还是非常优异的。

 

小结

通过开箱观察和资料学习,我们了解了DER-868的主要参数、工作原理、板面布局,以及核心器件的参数。通过上电实验,我们了解了DER-868的效率、纹波等电气特性。

综合以上对评估板DER-868的测评,可以推出核心器件INN3679C-H606具有优异的性能。可以简化客户的电源设计,在保证性能的基础上加快客户的开发进程。

 

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