1. 項目概述：一款適用于汽車牽引逆變器的三輸出嵌入式電源，使用Power Integrations的InnoSwitch™3-AQ系列IC（INN3996CQ）。

主要應(yīng)用：混合動力電動汽車（PHEV）和電池電動汽車（BEV）的牽引逆變器電源系統(tǒng)。

關(guān)鍵特性：輸入電壓范圍：40VDC至530VDC

輸出規(guī)格：7.5V / 1.3A（隔離輸出）17V / 0.14A（非隔離輸出）-4V / 0.14A（非隔離輸出）

效率：在13W輸出時效率超過82%，在3W負載下效率超過75%。

啟動電壓：40V，無需額外元件即可啟動。

同步整流：內(nèi)置同步整流驅(qū)動，提高效率并減少散熱需求。

2. 設(shè)計特點與優(yōu)勢高集成度：INN3996CQ集成了主開關(guān)、初級側(cè)控制器、次級側(cè)控制器和FluxLink™技術(shù)，簡化了電路設(shè)計，減少了元件數(shù)量。

高效能：通過FluxLink™技術(shù)實現(xiàn)次級側(cè)直接電壓檢測和調(diào)節(jié)，避免了光耦的使用，提高了負載、線路和瞬態(tài)性能。內(nèi)置同步整流技術(shù)，與二極管整流相比，效率提高了10%以上。

節(jié)省空間與成本：消除了光耦和散熱片，節(jié)省了電路板空間和成本。通過提供低側(cè)柵極電壓，直接為逆變器低側(cè)器件供電，省去了額外的轉(zhuǎn)換級。

安全性與隔離：提供基本隔離，INN3996CQ滿足增強隔離要求，通過使用更寬間距的變壓器和相應(yīng)的PCB爬電距離，可以實現(xiàn)增強隔離解決方案。

瞬態(tài)響應(yīng)：得益于次級側(cè)控制，電源對負載變化的瞬態(tài)響應(yīng)極快，確保輸出電壓的穩(wěn)定性。

3. 電路設(shè)計詳解3.1 輸入濾波

設(shè)計目的：減少逆變器操作期間高瞬態(tài)電流引起的高頻電壓波動。

主要元件：C1000和C1001（串聯(lián)連接）作為濾波電容，同時為初級開關(guān)電流提供局部去耦。串聯(lián)連接還可防止單個電容故障導(dǎo)致輸入直流短路，并增加HVDC+和HVDC-之間的有效爬電距離。

3.2 初級側(cè)電路

變壓器連接：T1初級繞組（引腳1,2）連接到HVDC+，另一端（引腳4,5）連接到INN3996CQ內(nèi)部900V功率MOSFET的漏極。

鉗位電路：由二極管D1001、電阻R1001和R1002、電容C1005和TVS二極管D1000組成，用于限制由于變壓器漏感能量引起的InnoSwitch IC峰值漏極電壓。該能量通過D1000和R1002消耗。

自啟動與供電：IC通過內(nèi)部高壓電流源為BPP引腳電容C1004充電，實現(xiàn)自啟動。器件保證在30V啟動，但通常啟動電壓低于此值。正常操作期間，初級側(cè)電路由17V非隔離輸出供電。該輸出配置為反激繞組，通過二極管D1006和電容C1006、C1007整流和濾波，電流通過限流電阻R1003進入BPP引腳。-

4V輸出：設(shè)計為正柵極驅(qū)動器電源的負電源。通過二極管D1005和C1009整流和濾波。為了實現(xiàn)精確調(diào)節(jié)，在C1009后連接了一個線性穩(wěn)壓器。

3.3 次級側(cè)電路

同步整流：次級繞組由MOSFET Q2000整流，并由電容C2005濾波。連接到MOSFET的RC緩沖器R2004、R2006和C2004有助于減少開關(guān)瞬態(tài)期間的高頻振鈴。

柵極驅(qū)動：Q2000的柵極由InnoSwitch IC內(nèi)部的次級側(cè)控制器根據(jù)通過電阻R2003感測的繞組電壓開啟，并輸入到IC的FWD引腳。電容C2003用于減少FWD引腳上的電壓尖峰，以滿足150V的降額要求。

輸出電壓檢測與調(diào)節(jié)：電阻R2001和R2002形成電壓分壓器網(wǎng)絡(luò)，用于感測輸出電壓。INN3996CQ IC的FB引腳內(nèi)部參考電壓為1.265V。電容C2002提供對影響電源操作的高頻噪聲的去耦，C2001和R2000是前饋網(wǎng)絡(luò)，用于加快響應(yīng)時間并降低輸出紋波。

輸出電流檢測：輸出電流通過R2005感測，閾值約為35mV，以減少損耗。一旦超過輸出電流限制閾值，器件將進入自動重啟模式，直到負載電流降至閾值以下。

4. PCB布局材料：FR4銅箔，2oz，厚度0.062英寸。

布局特點：四層板設(shè)計：提供更好的信號完整性和電源分配。

散熱設(shè)計：PCB底部設(shè)計有散熱區(qū)域，用于增強散熱能力。

隔離與爬電距離：確保高電壓部分與低壓部分之間的安全隔離。5. 變壓器設(shè)計型號：EFD20，12引腳。

電氣規(guī)格：電感：256-284µH（初級繞組）

直流電阻：1.36Ω（初級繞組），0.075Ω（次級繞組）

耐壓：3000VAC（初級對次級），1500VAC（所有引腳對鐵芯）

匝數(shù)比：1:0.135（初級對次級）FluxLink™繞組：用于次級側(cè)電壓檢測和調(diào)節(jié)。

6. 性能數(shù)據(jù)效率與輸出電壓調(diào)節(jié)：在不同輸入電壓和負載條件下，效率均保持在70%以上，輸出電壓調(diào)節(jié)符合設(shè)計規(guī)范。

輸出電壓紋波：在不同溫度和負載條件下，輸出電壓紋波均低于設(shè)計限制。

熱性能：

最壞情況：40VDC輸入，最大負載時，InnoSwitch IC溫度上升65°C，達到接近125°C的最大推薦工作溫度。

建議：在設(shè)計階段考慮使用導(dǎo)熱墊片，將外殼與PCB的SOURCE（HV-）連接區(qū)域連接起來，以降低IC溫度。7. 波形分析啟動波形：電源能夠在滿載和40V輸入下啟動，輸出電壓在啟動過程中穩(wěn)定上升。

穩(wěn)態(tài)波形：在穩(wěn)態(tài)操作下，漏極電壓和電流波形顯示電源運行穩(wěn)定，電壓和電流紋波在可接受范圍內(nèi)。

SR FET波形：同步整流MOSFET的波形顯示其開關(guān)行為正常，電壓和電流尖峰在安全范圍內(nèi)。

二極管波形：17V和-4V輸出的二極管波形顯示其反向電壓和電流符合設(shè)計規(guī)范。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)

8.1 效率與輸出電壓調(diào)節(jié)

不同輸入電壓和負載條件下的效率：

40VDC輸入時，效率范圍為75.3% 至 88.9%。

130VDC輸入時，效率范圍為77.9% 至 88.9%。

300VDC輸入時，效率范圍為70.3% 至 88.0%。

375VDC輸入時，效率范圍為64.0% 至 86.2%。

530VDC輸入時，效率范圍為63.4% 至 86.2%。