3500W与6000W开关电源剖析

3500W与6000W高档开关电源的剖析1 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，并提出了有待接着分析的问题。 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70cm22cm12cm，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40cm30cm8cm，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IIN25AMAX；其输出直流为350V/12.5AMAX。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，都是优质的突波汲取元件。 2.1 IR公司的功率器件 首先，让我意外新颖的是均为IR公司商标的MOSFET、IGBT大模块，其产品型号标记尽然都被假代号替换，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〕从电路推断是一个MOSFET内含一只二极管的模块，标号为“M4005〔6315〕〞、“M4427〔9624〕〞、“M3422〔9611〕〞等。 3〕从电路推断是二只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别外壳，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9.2cm2cm。48V电源有炸裂。 4〕PFC限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，答复是“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运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，值得下功夫仔细细致地对两种3500W电源作深化解剖、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，并具体记录主要符号，才发觉IR公司设在墨西哥〔MADEINMEXICO〕厂地的特制MOSFET，暗藏了下述重要标记 但凡在最下层标上“825039＋〞者，不管假代号怎么变，均为半桥双管MOSFET，如“M7471〔9846〕〞、“M3937〔9613〕〞、“M3438〔9602〕〞、“M5706〔9732〕〞、“M3467〔9602〕〞； 但凡最下层标记为“826252＋〞者，不管假代号如何换，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。 电源上运用的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，HD6cm2.4cm； 2〕用2只椭园形CBB－8μF/DC500V，LWT4.7cm3.9cm2.6cm； 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，均用半透亮硅胶封装。 2.3 磁性元件 对两种3500W高档电源主板上好用的大型磁件组合拆开细看，其特别的设计构造和选材，让我大开眼界，并悟到多项技巧。 主功率变压器漆包线绕组和绝缘胶带 拆解之后发觉，两种3500W电源均是用两块大号磁环叠合而成。每块磁环的外径达73mm，磁环厚〔高〕12mm，其绕组线的宽度为18mm。选用磁环在100kHz开关高频时不存在漏感问题；而两块扁平面磁环叠合在一起，再紧绕制主变压器的原边绕组和副边绕组、加多层绝缘胶带等。在两块金属铁粉芯磁环平面之间，事实上仍旧存在很多小的自然气隙〔虽已压紧靠拢〕，这使得主功率变压器在重负载高频大电流工作时，抗饱和实力大增。这与大号功率铁氧体磁芯的截断面被细磨抛光“镜亮〞的状况大不一样。 美、德公司在大功率高频开关电源关键部件上接受的先进技术值得借鉴。可以预料，假如3500W电源的主功率变压器改用传统常规的EE85厚型铁氧体磁芯，不仅体积和重量会成倍增大，而且过载抗饱和实力会明显降低，使电源在浪涌冲击下损坏MOSFET功率管的几率大为增加。由Ascom研制的6000W－48V/112A大功率电源，其主变压器磁芯改为三块73mm扁平磁环叠合，这个惊人之举太奇妙、独特而意义深远，非常值得学习接受。 拆解后才发觉新颖的构造与选材。350V/10A电源Boost电感器是接受三付6块EE55铁氧体磁芯复合而成，但其中心柱截面气隙达5.2mm〔每块为2.6mm〕。Boost储能电感器的绕组导线并不用常规的多股0.47mm漆包线卷绕，而是接受两条极薄的〔厚度仅0.1mm〕、宽度33mm红铜带叠合，每条薄铜带总长约6.5m，叠合压紧在〔可插6块EE55磁芯的〕塑料骨架上共绕26圈，再接焊锡导线引出，用多层耐高压绝缘胶带扎紧包袱。这种特别薄铜带工艺绕制的Boost储能电感量267μH、Q0.36，它对于减小高频集肤效应、改善Boost变换器开关调制波形、降低磁件温升均有重要作用。 这又是一项前所未见的重大技术革新。多年来电源技术论文中有关PFCBoost磁件的设计论文尚未见过这种报道。前几年我在2000W