新型功率系统级封装隔离DC-DC转换器

　　PI3101的核心是具有专利的双钳位零电压开关功率级拓扑，工作在断续模式，操作频率超过1MHz。图2是PI3101 的拓扑图，用来解释其基本工作原理。

　　PI3101使用了四个原边MOSFET和一个同步MOSFET，共同组成了功率传输的子系统。 Q1和Q4是功率开关管，Q2和Q5是钳位开关管，Q3是同步MOSFET。此拓扑的功率循环有6个显着阶段，此循环以前一循环的结束为开始，如图3所示。

　　1.钳位阶段到 T1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。

　　与其它转换器相比

　　不难就相对尺寸、功率密度、效率和瞬态响应来对隔离电源转换器的品质因数进行直接比较。真正的困难在于找到另一隔离电源产品来与PI3101进行比较。由于PI3101是目前市场上这个级别的首款产品，我们自然试图将它与之前有的产品进行比较，而不考虑尺寸差异。为了满足这种天生的好奇心，表1比较了两款当前商用1/16砖的其它电源转换器。这两款转换器称为转换器X 和转换器Y。应该注意到转换器Y代表业界最好的1/16砖，而转换器X代表现有转换器的平均水平。表1列出一些标准技术规格，并与PI3101进行了对比。

　　由表1明显地看到，PI3101与其两倍尺寸大小的转换器相比仍具有竞争力。PI3101的满载效率同X转换器的满载效率相等，但在功率密度上却有显着提高。PI3101的功率密度比业界1/16砖最大功率的功率密度高两倍以上，是平均功率密度的3.5倍。实际上，如果转换器Y的功率密度同PI3101的功率密度相等，那么在相同的封装内它可产生将近180W的输出功率，但由于商用方案固有技术的限制，最高功率密度也受到制约。为满足1/16砖的典型需求，PI3101应该能够满足平均负载、瞬态响应、输出精度的要求，并具有相似的效率。表1显示的数据表明，PI3101满足了这一条件的同时封装尺寸减少一半，是尺寸敏感应用的理想选择。