電子工程師必備：IRS27951評估板深度剖析

在電子工程領域，電源設計一直是至關重要的一環。今天，我們將深入探討IRAC27951SR - 240W評估板，它集成了IRS27951諧振半橋控制器和IR11682雙通道同步整流控制器，為電源設計帶來了新的解決方案。

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核心芯片介紹

IRS27951/2

IRS2795(1,2)是一款8引腳的高壓雙端控制器，專為諧振半橋拓撲設計。它具有50%的互補占空比，高低側器件驅動相位相差180°。該芯片的一大亮點是可通過2引腳振蕩器對多個關鍵參數進行外部編程，如工作頻率范圍、啟動頻率、死區時間、軟啟動時間和睡眠模式等。同時，它采用了IR的專有高壓技術，實現了VS感應電路，可監測低側半橋MOSFET的電流，用于短路故障保護，還能消除額外的電流感應電阻、濾波器和電流感應引腳。此外，它的微功率啟動電流（(I_{CC}<100 mu A)）和用戶可啟動的睡眠模式（IC功耗小于200uA @ (Vcc =15 ~V)），有助于降低系統待機功耗，滿足嚴格的能源標準。

IR11682

IR11682是一款二次側SmartRectifierTM驅動IC，用于驅動諧振轉換器應用中的兩個N溝道功率MOSFET作為同步整流器。它通過差分感應每個整流MOSFET的漏源電壓來確定電流水平，并在零電流過渡附近精確控制功率開關的導通和關斷。該芯片還具備多種電源管理功能，如寬VCC工作范圍、直通保護邏輯、低延遲的零電流過渡控制、逐周期MOT保護電路和內部鉗位的柵極驅動輸出等，大大簡化了同步整流控制。

評估板規格與設計

規格參數

設計特點

評估板采用雙層2oz銅PCB，前端為傳統的AC - DC整流級，包括整流橋和EMI濾波器；下游是多諧振半橋LLC轉換器，由IRS27951控制器驅動。變壓器采用磁集成方法，將諧振串聯和并聯電感集成在電源變壓器中，二次繞組采用中心抽頭配置。二次整流采用同步整流控制器IR11682和兩個PQFN功率MOSFET，大大降低了傳導功率損耗，無需散熱片，還節省了PCB面積。

評估板操作步驟

負載連接

將能夠承受240W連續功率的電阻性或電子負載連接到24V導軌的連接器CON3上，該板無最小負載要求。

AC/DC輸入

評估板可接受AC或DC輸入電壓。若使用AC電源，建議在AC側使用隔離變壓器，以便使用常規示波器探頭輕松探測測試點上的控制信號。將能夠提供高達280VAC的交流電源或400V DC電源連接到CON1。當BUS電壓在350V DC至420V DC范圍內時，轉換器可保持輸出穩定。

IRS27951直流電源電壓

評估板通過啟動電路和變壓器的輔助繞組實現自供電。啟動電路在施加AC或DC輸入電壓后開始工作，但只有當BUS電壓達到350Vdc或更高時，Vcc才會穩定。可在測試點VCC和COM監測VCC電壓。

斷開評估板

每次評估完成后，建議對大容量電容器C4進行放電。具體操作是先從CON1斷開高壓AC或DC電源，然后在初級Vcc和COM測試點施加外部12V DC電壓，直到總線電壓降至0V。

系統性能表征

穩態和啟動波形

在不同輸入電壓（350V DC、390V DC、420V DC）和負載條件（滿載和空載）下，對低側器件(V_{GS})、VS引腳電壓、諧振槽電流和輸出電壓等波形進行了測試。啟動時，同步整流電路在輸出電壓約為18V時激活，輸出電壓會有小的階躍上升，同時初級電流會因輸出電容器的充電電流而出現小的峰值。開關頻率在10ms - 15ms內從200kHz掃描到調節頻率，可防止啟動期間出現高電流尖峰，且輸出電壓在啟動時無過沖。

同步整流波形

對不同輸入電壓和負載條件下的同步整流波形進行了測試，包括SR柵極1、SR柵極2、VS引腳電壓和諧振槽電流等。

動態負載響應和輸出電壓調節

通過從滿載到空載和從空載到滿載的負載階躍測試系統的動態響應，欠沖和過沖均在+/-3%以內。輸出電壓在整個線路負載范圍內嚴格調節在+/-1%的調節帶內。

輸出紋波

24V輸出紋波在DC輸入電壓下非常小，AC輸入時紋波較大，主要是由于初級母線電壓上的低頻（2xfAC）紋波。若在前級使用PFC預調節器，紋波將大大減小。輕載時，同步整流電路可能進入待機模式，IR11682的柵極將被禁用，SR MOSFET的體二極管將承載輸出電流，會產生一些輸出紋波，但紋波在200mV以內，小于額定輸出的1%。

用戶啟動睡眠模式

通過將IRS27951的CT/SD引腳外部拉至COM，可使IC進入睡眠模式，大大降低IC功耗，有助于實現系統電源管理功能，減少整體待機功耗。

效率圖表

在350V、390V和420V DC輸入下，對不同負載范圍的效率進行了測試。結果表明，評估板在不同輸入電壓和負載條件下均能保持較高的效率。

熱數據

在400Vdc輸入和240W滿載、室溫條件下，對評估板的關鍵部件進行了熱性能測試，包括MOSFET、IRS27951和變壓器等，為實際應用中的散熱設計提供了參考。

變壓器規格

基本參數

最小工作頻率為80 kHz，初級電感為600 μH ±10% @1 kHz - 0.25V，漏電感為125 μH ±10% @1 kHz - 0.25V。

電氣圖和繞組信息

提供了變壓器的電氣圖，詳細說明了各引腳的連接方式。同時，還給出了諧振變壓器繞組在骨架上的位置和繞組特性，包括各繞組的引腳、匝數和線徑等信息。變壓器供應商為Yu Jing Technology Co., LTD，型號為LP3925H。

通過對IRAC27951SR - 240W評估板的詳細分析，我們可以看到它在電源設計方面的諸多優勢。各位電子工程師在實際應用中，可根據具體需求充分利用這些特性，優化電源設計方案。你在電源設計中遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗。