50瓦特内部总线结构(IBA)电源
摘要：本文讨论一个12v/50w的总线转换器，它从48v总线转换得到一个稳定、高效、隔离的12v输出。用到的拓扑结构是带同步整流的单开关正激转换器。在此设计中max5003为pwm控制器，经优化用于48v、±5%的窄输入电压范围。
介绍内部总线结构(iba)包含两个功率转换级。第一级用总线转换器来获得中间总线电压。第二级用负载点(pol)转换器来将中间总线电压转换到一个或多个低的、稳定的电压，以便给邻近负载供电。在此文中，我们描述了一个12v/50w，稳定而高效的，将12v与48v总线隔离的总线转换器。 电源规范 输入电压：48vdc、±5%调整率 输出：12v，4.2a 最低负载：0安培 纹波：±1%峰峰值 隔离：1500vac 低成本 效率：> 90% 输出应有短路及过载保护 电压转换拓扑该设计中有多种电源转换拓扑可供选择。所选定的拓扑必须成本低且效率高。基于低成本的要求，我们只好选择直接驱动式、单开关拓扑。要实现高效的目标就需要在次级中同步整流。最适合的选择是：
在次级(图1)上带同步整流的单开关反激转换器 带初级复位线圈和次级上(图2)同步整流的单开关正激转换器
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图1. 带同步整流的反激转换器
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图2. 带复位线圈和同步整流的正激转换器
单开关反激拓扑与正激拓扑相比，有一个优势是不用输出电感。我们还必须增加额外的驱动变压器t2，和一些附加电路，用来将pwm控制器u1的初级驱动信号传递到次级。之后该信号用来在开通初级mosfet q1前关断次级中的同步mosfet q2。另外，增加q3、q5、c6、r3、d3及r4电路以延迟mosfet q1的开启，从而保证在q1开启前次级mosfet q2是关断的。若没有这个电路，mosfet q2关闭前，变压器次级上会出现短路，导致mosfet q1开启时出现电流尖峰。
在单开关正激转换器拓扑中，我们需要另加一个电感，但输出电容要比反激拓扑设计中的小些。只要确保变压器t1完全复位，在开启主开关之前变压器上的电压为零，我们还可以省掉额外的驱动变压器(上面提到的t2)。
由于iba电源具有窄输入电压范围，我们可以使工作占空比最大。max5003 pwm控制器将被用到下面描述的设计中。图3是实际电源的示意图。
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图3. 实际电源示意图
电源元件列表
designator qty description
c1 1 ceramic capacitor 470pf, x7r, 50v, 10% (0402)
tdk c1005x7r1h471k
c10 1 ceramic capacitor 0.33µf, x5r, 6.3v, 10% (0402)
tdk c1005x5r0j334k
c11 1 ceramic capacitor 1µf, x5r, 6.3v, 20% (0402)
tdk c1005x5r0j105m
c12 1 ceramic capacitor 2200pf, x7r, 50v, 10% (0402)
tdk c1005x7r1h222k
c13 1 ceramic capacitor 0.1µf, x5r, 25v, 20% (0603)
tdk c1608x7r1e104m
c14, c17 2 ceramic capacitor 0.068µf, 16v, 10% (0402)
tdkc1005x5r1c683kex
c15 1 ceramic capacitor 4700pf, 250vac, x7r (2220)
murata ga355dr7gc472ky02
c2, c3, c4 3 polymer tantalum chip capacitor 47µf, 16v, 20%
kemet t520d476m016ase070
c5 1 ceramic capacitor 1µf, 100v, x7r, 10% (1210)
tdkc3225x7r2a105k
c6 2 ceramic capacitor 1µf, 16v, x7r, 20%, (0805)
tdkc2012x7r1c105m
c8 1 smt electrolytic capacitor 22µf, 50v, 20%
panasonic eevfk1h220p
d1 1 zener diode 6.2v, 200mw (sod323)
d2-d5, d7-d10, d12 9 switching diode 75v, 150ma (sod323)
diodes inc 1n4148w
d11 1 silicon epitaxial planar rectifier 200v, 200ma (smini2p)
panasonic ma115
d5 1 schottky diode 3a, 40a (sma)
diodes inc b340a
l1 1 inductor 3.3mh
coilcraft do1608c-335
l2 1 inductor 12µh
coilcraft do5022p-103ml
q3 1 transistor pnp 60v sot23 mmbt2907
diodes inc mmbt2907
q4 1 n channel mosfet, 80v, 15mω, so8
international rectifier irf7493
q5 1 n channel mosfet 30v, 13.8mω, so8
international rectifier irf7807z
q7 1 nchannel mosfet 200v, 79mω, so8
international rectifier irf7892
q6 1 n channel mosfet, 30v, 1.2a, sot23
fairchild semiconductor nds351an
r1 1 resistor 27k, 5% (1206)
r10, r20 2 resistor 20.0k, 1% (0402)
r11-r14 4 resistor 1r 5% (0603)
r15 1 resistor 66.5k, 1% (0402)
r16 1 resistor 1.24k, 1% (0402)
r17 1 1.24k, 1%
r18 1 resistor 562ω, 1% (1206)
r19 1 resistor 1k, 1% (1206)
r21 1 resistor 100ω, 1% (0402)
r22 1 resistor 60.4k, 1% (0402)
r23 1 resistor 0.025r, 1% (0805)
r27 1 resistor 2.32k, 1% (0402)
r3 1 resistor 261k, 1% (0402)
r4 1 resistor 5.1k, 1% (0402)
r5 1 resistor 490ω, 1% (0402)
r6 1 resistor 221k, 1% (0402)
r7 1 resistor 22ω, 1% (1206)
r8 1 resistor 15k, 1% (0402)
r9 1 resistor 453k, 1% (0805)
t1 1 custom transformer (efd20-12)
delta 2004d-535a
u1 1 high voltage pwm power supply controller
maxim max5003ese
u2, u4 2 adjustable shunt regulator sot23-5
texas instruments tlv431idb
u3 1 smd optoisolator 1channel hictr
nec ps2911-1
图4. 12v/4.2a (输入为48vdc)时的纹波及噪声
注意：纹波及噪声测量的带宽为20mhz。在满载及48v输入时的纹波峰-峰值为110mv。
图5. 50w输出及48vdc输入时q7中的vds及id
注意：48v输入时q7上的峰值电压为152v。这是因为复位线圈没有箝位，而是采用lc谐振对变压器进行复位，谐振电路由变压器励磁电感和q7两端的总等效电容组成。总电容包括变压器初级电容、mosfet q7电容及来自q5 (d-s)的等效电容。还要注意的是变压器电压正好在q7开启之前达到零。缩短了二极管d5的导通时间，优化了效率。
图6. 满载及48vdc输入时q7中的电流和q5上的vgs。
注意：在开启q7前，同步续流mosfet q5已被关断，因此可防止q7中出现电流尖峰。电路尖峰将降低效率。
图7. 满载及48vdc时q7中的电流和q5上的vds。
图8. 满载及48vdc输入时q7中的电流和q5上的vgs。
注意：该电源在50w、输入为48v时的测量效率为93%。电源符合设计中指定的所有要求。短路情况下，电源将进入打嗝式限流模式，在短路去除后恢复成满载状态。
多轴测径仪测量数据更全面
无处不在的机器视觉
人工智能热或在退潮 只有一个半应用赚到钱
ADTRAN推出自动化网络智能产品，实现有效设计和优化接入网络
性价比之王小米MIX，刷上IOS系统之后完虐荣耀8
50瓦特内部总线结构(IBA)电源
LED日光灯安装图资料
中国通信行业步入“阵痛期”，运营商将竞争向5G转移
利用3D打印来生产一系列外科器械的机会为金属增材制造创造了条件
全面屏时代已经到来,vivoX20、OPPO R11s能否匹敌iPhone X
日海智能:5G模组预计今年8月份量产,打造综合性方案是差异化优势
抗原检测试剂盒自动装配解决方案
荣耀9和荣耀v9区别评测,荣耀9和荣耀v9谁的性价比更高?
MLPerf Inference基准测试结果的第二轮发布
详解物联网时代下的传感器技术动向及布局策略
雷军着急发布5G手机 主要原因是小米在手机市场的表现过于惨淡
iPhone 5背板曝光:与4S金属框架完全不同
运放的同相输入端和反相输入端之间的电阻怎样设置？
量子计算正接近现实 或明年展示超级计算机级系统原型
浮标水质监测站的应用领域及功能特点的介绍
介绍内部总线结构(iba)包含两个功率转换级。第一级用总线转换器来获得中间总线电压。第二级用负载点(pol)转换器来将中间总线电压转换到一个或多个低的、稳定的电压，以便给邻近负载供电。在此文中，我们描述了一个12v/50w，稳定而高效的，将12v与48v总线隔离的总线转换器。 电源规范 输入电压：48vdc、±5%调整率 输出：12v，4.2a 最低负载：0安培 纹波：±1%峰峰值 隔离：1500vac 低成本 效率：> 90% 输出应有短路及过载保护 电压转换拓扑该设计中有多种电源转换拓扑可供选择。所选定的拓扑必须成本低且效率高。基于低成本的要求，我们只好选择直接驱动式、单开关拓扑。要实现高效的目标就需要在次级中同步整流。最适合的选择是：
在次级(图1)上带同步整流的单开关反激转换器 带初级复位线圈和次级上(图2)同步整流的单开关正激转换器
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图2. 带复位线圈和同步整流的正激转换器
单开关反激拓扑与正激拓扑相比，有一个优势是不用输出电感。我们还必须增加额外的驱动变压器t2，和一些附加电路，用来将pwm控制器u1的初级驱动信号传递到次级。之后该信号用来在开通初级mosfet q1前关断次级中的同步mosfet q2。另外，增加q3、q5、c6、r3、d3及r4电路以延迟mosfet q1的开启，从而保证在q1开启前次级mosfet q2是关断的。若没有这个电路，mosfet q2关闭前，变压器次级上会出现短路，导致mosfet q1开启时出现电流尖峰。
在单开关正激转换器拓扑中，我们需要另加一个电感，但输出电容要比反激拓扑设计中的小些。只要确保变压器t1完全复位，在开启主开关之前变压器上的电压为零，我们还可以省掉额外的驱动变压器(上面提到的t2)。
由于iba电源具有窄输入电压范围，我们可以使工作占空比最大。max5003 pwm控制器将被用到下面描述的设计中。图3是实际电源的示意图。
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图3. 实际电源示意图
电源元件列表
designator qty description
c1 1 ceramic capacitor 470pf, x7r, 50v, 10% (0402)
tdk c1005x7r1h471k
c10 1 ceramic capacitor 0.33µf, x5r, 6.3v, 10% (0402)
tdk c1005x5r0j334k
c11 1 ceramic capacitor 1µf, x5r, 6.3v, 20% (0402)
tdk c1005x5r0j105m
c12 1 ceramic capacitor 2200pf, x7r, 50v, 10% (0402)
tdk c1005x7r1h222k
c13 1 ceramic capacitor 0.1µf, x5r, 25v, 20% (0603)
tdk c1608x7r1e104m
c14, c17 2 ceramic capacitor 0.068µf, 16v, 10% (0402)
tdkc1005x5r1c683kex
c15 1 ceramic capacitor 4700pf, 250vac, x7r (2220)
murata ga355dr7gc472ky02
c2, c3, c4 3 polymer tantalum chip capacitor 47µf, 16v, 20%
kemet t520d476m016ase070
c5 1 ceramic capacitor 1µf, 100v, x7r, 10% (1210)
tdkc3225x7r2a105k
c6 2 ceramic capacitor 1µf, 16v, x7r, 20%, (0805)
tdkc2012x7r1c105m
c8 1 smt electrolytic capacitor 22µf, 50v, 20%
panasonic eevfk1h220p
d1 1 zener diode 6.2v, 200mw (sod323)
d2-d5, d7-d10, d12 9 switching diode 75v, 150ma (sod323)
diodes inc 1n4148w
d11 1 silicon epitaxial planar rectifier 200v, 200ma (smini2p)
panasonic ma115
d5 1 schottky diode 3a, 40a (sma)
diodes inc b340a
l1 1 inductor 3.3mh
coilcraft do1608c-335
l2 1 inductor 12µh
coilcraft do5022p-103ml
q3 1 transistor pnp 60v sot23 mmbt2907
diodes inc mmbt2907
q4 1 n channel mosfet, 80v, 15mω, so8
international rectifier irf7493
q5 1 n channel mosfet 30v, 13.8mω, so8
international rectifier irf7807z
q7 1 nchannel mosfet 200v, 79mω, so8
international rectifier irf7892
q6 1 n channel mosfet, 30v, 1.2a, sot23
fairchild semiconductor nds351an
r1 1 resistor 27k, 5% (1206)
r10, r20 2 resistor 20.0k, 1% (0402)
r11-r14 4 resistor 1r 5% (0603)
r15 1 resistor 66.5k, 1% (0402)
r16 1 resistor 1.24k, 1% (0402)
r17 1 1.24k, 1%
r18 1 resistor 562ω, 1% (1206)
r19 1 resistor 1k, 1% (1206)
r21 1 resistor 100ω, 1% (0402)
r22 1 resistor 60.4k, 1% (0402)
r23 1 resistor 0.025r, 1% (0805)
r27 1 resistor 2.32k, 1% (0402)
r3 1 resistor 261k, 1% (0402)
r4 1 resistor 5.1k, 1% (0402)
r5 1 resistor 490ω, 1% (0402)
r6 1 resistor 221k, 1% (0402)
r7 1 resistor 22ω, 1% (1206)
r8 1 resistor 15k, 1% (0402)
r9 1 resistor 453k, 1% (0805)
t1 1 custom transformer (efd20-12)
delta 2004d-535a
u1 1 high voltage pwm power supply controller
maxim max5003ese
u2, u4 2 adjustable shunt regulator sot23-5
texas instruments tlv431idb
u3 1 smd optoisolator 1channel hictr
nec ps2911-1
图4. 12v/4.2a (输入为48vdc)时的纹波及噪声
注意：纹波及噪声测量的带宽为20mhz。在满载及48v输入时的纹波峰-峰值为110mv。
图5. 50w输出及48vdc输入时q7中的vds及id
注意：48v输入时q7上的峰值电压为152v。这是因为复位线圈没有箝位，而是采用lc谐振对变压器进行复位，谐振电路由变压器励磁电感和q7两端的总等效电容组成。总电容包括变压器初级电容、mosfet q7电容及来自q5 (d-s)的等效电容。还要注意的是变压器电压正好在q7开启之前达到零。缩短了二极管d5的导通时间，优化了效率。
图6. 满载及48vdc输入时q7中的电流和q5上的vgs。
注意：在开启q7前，同步续流mosfet q5已被关断，因此可防止q7中出现电流尖峰。电路尖峰将降低效率。
图7. 满载及48vdc时q7中的电流和q5上的vds。
图8. 满载及48vdc输入时q7中的电流和q5上的vgs。
注意：该电源在50w、输入为48v时的测量效率为93%。电源符合设计中指定的所有要求。短路情况下，电源将进入打嗝式限流模式，在短路去除后恢复成满载状态。
多轴测径仪测量数据更全面
无处不在的机器视觉
人工智能热或在退潮 只有一个半应用赚到钱
ADTRAN推出自动化网络智能产品，实现有效设计和优化接入网络
性价比之王小米MIX，刷上IOS系统之后完虐荣耀8
50瓦特内部总线结构(IBA)电源
LED日光灯安装图资料
中国通信行业步入“阵痛期”，运营商将竞争向5G转移
利用3D打印来生产一系列外科器械的机会为金属增材制造创造了条件
全面屏时代已经到来,vivoX20、OPPO R11s能否匹敌iPhone X
日海智能:5G模组预计今年8月份量产,打造综合性方案是差异化优势
抗原检测试剂盒自动装配解决方案
荣耀9和荣耀v9区别评测,荣耀9和荣耀v9谁的性价比更高?
MLPerf Inference基准测试结果的第二轮发布
详解物联网时代下的传感器技术动向及布局策略
雷军着急发布5G手机 主要原因是小米在手机市场的表现过于惨淡
iPhone 5背板曝光:与4S金属框架完全不同
运放的同相输入端和反相输入端之间的电阻怎样设置？
量子计算正接近现实 或明年展示超级计算机级系统原型
浮标水质监测站的应用领域及功能特点的介绍