3500W与6000W高档开关电源的剖析

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摘要：剖析了直流输出48V/70A与350V/10A两种3500W和48V/112A与350V/17A两种6000W高档开关电源的电路设计与元器件应用特点，并提出了有待继续分析的问题。
关键词：功率因数校正；BuckBoost变换器；分段式控制

1 引言

在2001年7月，有位电源技术爱好者送来了两种据称是"军用绝密级"的高档电源各2台，希望我能作专题解剖，深入分析，以消化吸收其先进技术。

该电源铁壳上的铭牌标明，是IBM公司的"Bulk"大型舰船专用电源。

一种是直流输出48V/70A的长型通信电源，长×宽×高=70cm×22cm×12cm，重量约14kg。电网输入三相380～415V（电流13A），也可降低输入200～240V（电流24A），频率50～60Hz。这种电源装有电风扇强迫风冷，还在外壳上安装了一只三相高压大开关。电网输入先经大屏蔽盒滤波。
另一种是直流输出350V/10A的短型特种电源，长×宽×高=40cm×30cm×8cm，重约10kg，无强迫风冷，散热器也较短。其铁壳上铭牌标明为电网三相输入，有三种输入范围：200～240V、380～415V、460～480V。低电压时IIN=25A(MAX)；其输出直流为350V/12.5A(MAX)。电网频率50～60Hz。

2 3500W电源解剖

解剖工作第一步是拆焊两种（两台）电源主板上的大功率元器件，共有三类：
1）最重的大号磁性组件主功率变压器和Boost储能电感器，铁粉芯磁环电感5只；
2）大号MOSFET、IGBT功率开关管模块，和两只电网整流器模块P425等；
3）大号高压铝电解电容器940μF/450V4只，220μF/450V2只，以及多个CBB高频、高压、无感、无极性聚丙烯大电容器，都是优质的突波吸收元件。

2.1 IR公司的功率器件

首先，让我意外新奇的是：均为IR公司商标的MOSFET、IGBT大模块，其产品型号标记居然都被假代号替换，它们在IR公司厚本产品手册上均查不到。

1）侧壁贴出一个IGBT内接一只二极管的模块，标号为"F530（9604）"、"F826（9615）"、"F1670（9726）"、"F4702（9845）"等。

2）从电路判断是一个MOSFET内含一只二极管的模块，标号为"M4005（6315）"、"M4427（9624）"、"M3422（9611）"等。

3）从电路判断是二只MOSFET（半桥双管）的模块，标号为"M5220（9708）"、"M5662（9726）"、"M3419（9603）"、"M6768（9814）"等。
在市场上从未见过这种特殊外壳，每只重近100g的MOSFET大模块。每台电源用4只，其散热顶层的铜块厚达6mm，长×宽=9.2cm×2cm。48V电源有炸裂。

4）PFC控制板上的主芯片标记为"53H1747"，4台电源均同，本应是UC3854。
我先把拆焊下来的IR公司产品MOSFET和IGBT共8～9只，带到IR深圳分公司找技术员询问和鉴定，回答是"军用绝密级"产品，非工业民品，故手册上无。按3500W电源分析，该MOSFET反向耐压应在500V～600V，工作电流在30A～40A。由于IR代理商确认了这两种大功率电源主板上使用的大号高频开关管，是为军用装备特制的高档产品，为了保密才改用假代号。因此，值得下功夫认真细致地对两种3500W电源作深入解剖、全面测量、专题分析。随后我又几次在供货商处查看多台开盖电源主板上的MOSFET、IGBT模块侧壁商标，并详细记录主要符号，才发现IR公司设在墨西哥（MADEINMEXICO）厂地的特制MOSFET，暗藏了下述重要标记：
——凡是在最下层标上"82-5039＋"者，不论假代号怎么变，均为半桥双管MOSFET，如"M7471（9846）"、"M3937（9613）"、"M3438（9602）"、"M5706（9732）"、"M3467（9602）"；
——凡是最下层标记为"82-6252＋"者，不论假代号如何换，均为单管MOSFET加一只二极管，如"M7453（9845）"、"M4045（9616）"、"M3721（9609）"、"M5394（9714）"、"M3161（9547）"、"M3453（9602）"等。

2.2 EC公司的电容器

电源上使用的EC公司CCB高压无极性电容器，其工艺之精致，市场上难见到。
1）每台电源用3只大号长园柱形CBB－2.5μF/DC850V，H×D=6cm×2.4cm；
2）用2只椭园形CBB－8μF/DC500V，L×W×T=4.7cm×3.9cm×2.6cm；
3）每台用2只CBB－1.0μF/DC850V（扁平形、4引脚），上述三种电容器用在三相输入滤波与Boost电路；
4）48V/70A通信电源输出滤波电容器CBB－50μF/DC100V，是最粗胖的，无极性；
5）350V/10A特种电源输出滤波电容器CBB－3.3μF/DC500V，均用半透明硅胶封装。

2.3 磁性元件

对两种3500W高档电源主板上实用的大型磁件组合拆开细看，其特殊的设计结构和选材，让我大开眼界，并悟到多项技巧。

2.3.1 主功率变压器漆包线绕组和绝缘胶带

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