新型功率系统级封装隔离DC-DC转换器

.钳位阶段到 T的转换

　　Q2与Q4开通，Q5与Q1关断。连接到Q5漏极的钳位电容被充电至大小为Vout×(Np/Ns)的反射电压。如果变压器磁芯已经复位，那么最小周期定时器使Q2关断。如果需要额外的复位时间，最小周期将延长至磁芯完成复位。只要Q2与Q4全部开通，就会有钳位电流，Q2关断后将转化为励磁电流，同时原边绕组上产生伏—秒。必须有持续的励磁电流，因此VS1节点随着Q2的D-S电容充电和Q1的电容放电而升高到Vin。随着VS1的上升，专用控制器激活原边的伏—秒监控。

　　2.T1的功率储能阶段

　　Q1零电压开通，并且变压器的原边电流斜坡上升，变压器储存的能量由内部误差放大器决定，是负载电流和线电压的函数。在这个过程，Q1与Q4全部开通。专用控制器开始监控原边的伏—秒。

　　3.向T3阶段的转换

　　Q1与Q4快速关断。专用驱动器和MOSFET使此转换为无损转换。VS1的下降和VS2的上升都非常快，然后进入原边至副边的功率传输阶段。此时所有的开关都是关断状态。

       4.功率传输阶段

　　Q2和Q5开通后，同步MOSFET Q3开通。变压器电感、钳位电容以及专用智能门极驱动形成了谐振电路，Q3在最佳点以无损方式开通(和关断)。随着变压器中储存的能量释放到负载和输出电容，副边电流斜坡上升。

　　5.钳位阶段的转换

　　T3结束时能量已传递到负载，驱动器关断Q3。主控制器监控原边伏—秒，并确定变压器复位何时完成，然后关段Q5。VS2下降允许零电压开通Q4。

　　6.钳位阶段

　　Q2和Q4再次开通。此时输出电压由具有专利的采样反馈接口进行监测，并由PI3101控制电路进行处理。最小周期定时器结束后，启动下一个循环。钳位阶段保持的能量用于VS1节点的零电压开通。

　　对嵌入式解决方案的帮助

　　一些电源管理半导体厂商提供PWM控制器，允许用户开发他们自己的嵌入式隔离DC-DC转换器。图4 是一个典型的例子。这一解决方案是同步反激式转换器的代表，不需要光反馈。图4所示的参考设计同一些别的参考设计相比，所用的元件数量少。优化此设计后可产生40W功率或3.3V输出电压，12A输出电流，元件数45个。

　　图5是嵌入式方法中推荐的功率变压器尺寸与完整PI13101电源解决方案尺寸的比较。本图表明仅仅变压器本身的尺寸就比完整的PI3101解决方案的尺寸还大。板子还没考虑其它44个元件的放置和布线。如果加上这44个元件，不难看到这个解决方案需要增大多少尺寸以放置所有的元件及布线。为了降低变压器尺寸，很可能需要更高的开关频率，平面磁性及多次反复设计以确保变压器具有最低的漏感、铁损、铜损等。由于磁设计较差而导致效率降低2%-3%是设计者常见的事，一旦使用缓冲器来限制原边和同步MOSFEF上过大的电压尖峰，那么效率损失可能更高。这个方案工作正常后，仍必须完成安全测试和异常故障测试。在设计方案可用于生产前，要历时几个月时间。除此之外，还需要生产。取放机器在不破坏变压器及其他44个元件的情况下，需要对它们进行安装。PI3101以单一器件来取代这"包"元件，它已经过安全认证，并以按高性能电源产品进行了优化。事实上，作为一个完整的解决方案，PI3101的封装比嵌入式变压器的尺寸更小，还多提供20W以上的功率。使用PI3101解决方案的开发周期是大约回流焊工艺的时间。

　　高密度PI310x系列转换器是PoE新的大功率标准的理想选择。单片Cool-Power方案最高可提供标准支持的最大允许功率，实现以太网电源的绝对最小尺寸。超轻型PI3101也使它在航空和和人工移动设备这种对重量敏感的应用中非常有吸引力。PI3101同样适用于要求非常严格的稳压应用中远程采样的支持。

　　结论

　　隔离式DC-DC转换器已进行了必要的改进。这种新型超高功率密度转换器，在现有解决方案的一半尺寸内能够产生60W的隔离稳压电源。此新技术有可能使系统设计者减小现有电源构架的尺寸，并允许他们增加产品特性和功能。这款新型转换器设计相对容易且设计周期很短，允许用户灵活地将电源放置在需要的地方，从而使之成为一种新型技术。