次級同步整流及輸出均流的集成控制器

2 傳統cPCI電源電路

本文主要論述的是應用于電信方面的cPCI電源，其直流輸入電壓為＋48V。

如圖2所示，一個傳統的cPCI電源在一個3U或6U機架內通常包括＋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的開關頻率下運行。傳統的cPCI電源在次級用續流肖特基二極管，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cPCI系統機架內，為了保證電源工作的可靠性，需要給用戶提供一個類似于圖3的功率下降曲線圖。盡管每個功率變換器的設計是為了提供更大的電流，然而電源的總輸出功率要受工作環境溫度和通過電源的總氣流量的限制。因此，對于3U機架在冷卻空氣流速為2m/s，環境溫度為50℃情況下，效率為75％的最大輸出功率一般不會超出200W。為了提高3U機架的輸出功率，唯一的途徑就是減少功耗。這只能通過同步整流技術來實現。

圖2 傳統cPCI電源電路原理框圖

圖3 功率下降曲線(氣流降低造成輸出功率降低)

3 次級同步整流cPCI電源

由于MOSFET的通態電阻很低，為了提高電源的效率，在許多低輸出電壓應用電路里都利用了同步整流技術。3U機架內傳統的cPCI電源只能提供200W輸出功率，如果電源的效率提高到85％～87％，理論上，在同樣的機架內就可以裝配400W的電源。表1列出了cPCI電源模塊典型電氣規格。圖4給出了采用同步整流技術的cPCI電源的電路方塊圖。

圖4 同步整流技術cPCI電源電路圖

從圖4可以看出，用功率MOSFET和次級同步整流控制器SC4910代替肖特基二極管，而SC4910不僅用來控制次級同步整流MOSFET，還可以通過一個柵極驅動隔離變壓器來控制原級MOSFET，使控制系統實現次級同步整流以及負載均流非常簡單。

每個cPCI電源都有4個接口信號：其中EN＃，INH＃從cPCI系統背板產生，用來開啟或關閉電源；DEG＃，FAIL＃由cPCI電源產生，它們將向cPCI系統提供電源的工作狀況。

——EN＃(Enable,管腳27)最短的管腳(最后接通，最先斷開)，開啟電源它必須接地。EN＃通常通過一個上拉電阻接到＋12VVcc。

——INH＃(Inhibit,管腳39)關閉電源INH＃信號須接地。低INH＃信號優先于低EN＃信號。INH＃通常通過一個上拉電阻接到＋12VVcc。

——DEG＃(Degrade,管腳38)當電源溫度處于內部過熱停機溫度20℃的范圍內時，DEG＃信號拉低。該信號由電源產生。

——FAIL＃(Fail,管腳42)當電源的任何輸出超出了可調范圍、過壓或過流時，FAIL＃就會拉低。該信號也由電源產生。

只有接口信號EN＃為低和INH＃開路(高)時cPCI電源才會開啟。表2給出了這些條件。

表2 電源工作條件

除了EN＃,INH＃,DEG＃,FAIL＃以外，每個cPCI電源面板上還有兩個LED指示器。綠色LED表示當前有輸入電壓接通，紅色LED表示電源有問題。表3列出了與EN＃,INH＃,DEG＃,FAIL＃相關的LED狀態的詳細描述。

表3 LED指示器狀態

以圖5的＋5V變換器為例，其均流電路如圖6所示。

圖5 SC4910應用電路(集成次級同步整流，次級PWM控制，負載均流)

圖6 SC4910電流均流電路