3500w和3600w电源开关设计

单飞

1 引言
　　在 2001 年7 月，有位电源技术爱好者送来了两种据称是“军用绝密级”的高档电源各2 台，希望我能作专题解剖，深入分析，以消化吸收其先进技术。
　　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＝70cm×22cm×12cm，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＝40cm×30cm×8cm，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IIN＝25A（MAX）；其输出直流为350V/12.5A（MAX）。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，都是优质的突波吸收元件。
　　2.1 IR 公司的功率器件
　　首先，让我意外新奇的是：均为IR 公司商标的MOSFET、IGBT 大模块，其产品型号标记居然都被假代号替换，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）从电路判断是一个MOSFET 内含一只二极管的模块，标号为“M4005（6315）”、“M4427（9624）”、“M3422（9611）”等。
　　3） 从电路判断是二只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殊外壳，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＝9.2cm×2cm。48V 电源有炸裂。
　　4）PFC 控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，回答是“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使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，值得下功夫认真细致地对两种3500W 电源作深入解剖、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，并详细记录主要符号，才发现IR 公司设在墨西哥（MADEINMEXICO）厂地的特制MOSFET，暗藏了下述重要标记：
　　——凡是在最下层标上“82-5039＋”者，不论假代号怎么变，均为半桥双管MOSFET，如“M7471（9846）”、“M3937（9613）”、“M3438（9602）”、“M5706（9732）”、“M3467（9602）”；
　　——凡是最下层标记为“82-6252＋”者，不论假代号如何换，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。
　　2.2 EC 公司的电容器
　　电源上使用的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，H×D＝6cm×2.4cm；
　　2）用2 只椭园形CBB－8μF/DC500V，L×W×T＝4.7cm×3.9cm×2.6cm；
　　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，均用半透明硅胶封装。
　　2.3 磁性元件
　　对两种3500W 高档电源主板上实用的大型磁件组合拆开细看，其特殊的设计结构和选材，让我大开眼界，并悟到多项技巧。
　　2.3.1 主功率变压器漆包线绕组和绝缘胶带
　　拆解之后发现，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φ73mm，磁环厚（高）12mm，其绕组线的宽度为φ18mm。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，实际上仍然存在许多小的天然气隙（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，抗饱和能力大增。这与大号功率铁氧体磁芯的截断面被细磨抛光“镜亮”的状况大不相同。
　　美、德公司在大功率高频开关电源关键部件上采用的先进技术值得借鉴。可以预计，如果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，而且过载抗饱和能力会明显降低，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φ73mm扁平磁环叠合，这个惊人之举太巧妙、独特而意义深远，十分值得学习采纳。
　　2.3.2 Boost 变换器的方形铁壳储能电感器
　　拆解后才发现新奇的结构与选材。350V/10A 电源Boost 电感器是采用三付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φ0.47mm 漆包线卷绕，而是采用两条极薄的（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裹。这种特殊薄铜带工艺绕制的Boost 储能电感量＝267μH、Q＝0.36，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-PFC 试验时换用几种大号铁粉芯磁环，或用较大罐形铁氧体磁芯加大气隙，绕制的Boost 储能电感器仍发热过快、过高，效果不理想。现受到很大启发。
　　2.3.3 附加谐振电感器
　　拆焊350V/10A 电源时，发现主功率变压器原边绕组串联的附加谐振电感器，是一种直径为φ33mm 的铁硅铝磁环，绕组用多股细线绕3.5 圈，电感量为3.2μH。而拆焊6000W 电源350V/17A 输出型，其原边串接的附加谐振电感器是用φ42mm 的铁硅铝磁环。比较几年前试验用的1000W、2000W、3000W 电源，曾用加气隙的EE55、EE65、EE70 铁氧体做附加谐振电感器，它们比主功率变压器磁芯只小一个等级，且温升较高。可见改用铁硅铝磁环，能大大减小附加谐振电感器重量和体积，是发现的又一项新技术。
　　为了准确绘制两种3500W 电源主板上的所有元器件焊点位置，印制板铜箔走线，以便画出真实的电源电路设计图，我预先测量尺寸，尽量避开焊点，在主板中间位置锯开了印制板（厚2mm 的玻璃纤维硬板），终于按1：1 的实际比例，用2 张A4 复印纸即可绘制出电源主板正面元器件布局图、两块控制板焊点位置等。再用2 张A4 白纸绘制电源主板背面印制板铜箔走线、一些贴片阻容、许多穿孔焊点定位等。并由此初步绘出了3500W 电源的主功率变换电路，如图1 所示。两种电源的设计结构大同小异，并给出了图2 总方框图与PFC、全桥控制板的关系图。
　　3 3500W 两种电源主电路的特点与分析
　　从实体解剖、拆焊绘制 48V/70A 通信电源和350V/10A 特种电源主板上的所有元器件、印制板铜箔正反两面实际走线、众多焊点的真实定位（有的穿孔、有的并不穿孔只在单面），由此绘出的图1 主功率变换电路图，以及图2 电源总结构框图与PFC、全桥控制板相互关系，看出一个总体规律。

bake_ql

刘胜利老师的文章吧已经出书了的！

lb688

军工产品都是牛。。

wushi6

怎么只有一页