下一代48V分布式电源架构的电源设计

集成浪涌控制

原型产品的尺寸限制意味着无法采用传统的限制浪涌的方法。在这种情况下,CD的工程师进行浪涌控制的方法是在其中的两个输入二极管处使用硅控整流器(SCR),参见图3。这些SCR最初在输入电压即将过零前启用,让短电流脉冲开始为大容量电容充电。在几个循环中,启动点逐渐前移,直到接近电源的峰点。这样就完成了浪涌保护过程。这时,对SCR的启动使它们像普通二极管一样工作,然后允许电路的其它部分启动。

图3

这种作法也提供胜于热敏电阻等方法的保护功能。在经过一段时间的低输入电压下的低负载后,负载的增加可能造成大量电压损耗,导致装置跳闸或无法调整,直至热敏电阻的温度上升。有了SCR设计提供的浪涌保护后,输入电压不再以这种方式下降。使用SCR方法后,仍会发生浪涌现象,但浪涌会降低至可接受的水平。这也有助于保险丝的选择,因为浪涌电流的有效值小于稳态电流。尽管电流脉冲可能会很大(仅受到电源和输入滤波器阻抗的限制),浪涌均方根值(是选择保险丝或断路器时的关键参数)还是完全位于可能会使用的最小装置的性能范围之内。并且,因为这一最新的浪涌控制机制,保险丝可以是高熔断类型中最常见的“F”型（快熔型）。

绝缘金属基板(IMS)

即使假设通过采用提高效率的方式(例如直流/直流转换器常用的方式)可以达到高于平均值的效率,我们的输出率和效率目标也表明原型设计必须在全负载时能够散发高达100瓦的热量。通过以热耦合方式耦合至散热片或其它散热表面,可以有效地将原型产品基板上的热量散去。这里的问题是如何将组件的热量通过印刷电路板转移至基板。特别要注意的是,很明显使用传统的FR4 印刷电路板材料无法满足散热要求。但是另一种选择,绝缘金属基板(IMS)技术(铜箔轨和金属基板间夹有一个薄薄的电介质层,如图4所示)却能提供一种满足散热要求的方法。

图4

关键技术是电介质材料,它必须能够提供良好的导热性和电介质绝缘性。而限制因素是：基板必须提供必要的热性能,而不能让电介质过薄,也不能有过多的填充材料。为了达到这些目标,CD选择的Thermagon 1KA T-preg IMS所使用的电介质拥有4.0W/mK左右的热导率。基板自身的特性在很大程度上取决于它的尺寸和其它参数,包括金属的厚度和特殊技术的使用(例如可焊散热片、内层和导热孔)。CD原型产品的最大允许基板温度为行业事实标准100°C(用一个热电偶穿过散热片上的一个小孔与基板中央接触来测量温度)。知道了满足标准砖型模块占位面积所必须的基板最大尺寸后,就可以确定金属的厚度和其它优化技术以满足基板最大允许温度要求。

除热性能外,Thermagon之所以成为一个关键性选择还有另外两个原因。首先,其0.2毫米绝缘材料具备与目标用途相关的UL认证;其次,进行组装的多家印刷电路板生产厂都可使用这一技术,所以可以确保资源的充足性。