這個(gè)專題的前面幾篇文章簡(jiǎn)單寫了一些做高頻開(kāi)關(guān)電源的難點(diǎn)：

制約開(kāi)關(guān)電源頻率提升的局限是什么（一） 概述

制約開(kāi)關(guān)電源頻率提升的局限是什么（二）功率半導(dǎo)體

制約開(kāi)關(guān)電源頻率提升的局限是什么（三） 無(wú)源元件與噪聲抑制

制約開(kāi)關(guān)電源頻率提升的局限是什么（四） 電源控制、動(dòng)態(tài)特性與異常保護(hù)

這篇選了一個(gè)高頻開(kāi)關(guān)電源實(shí)例做一下簡(jiǎn)單的介紹——V公司的IBC。

IBC全稱 Intermediate Bus Converter 。這個(gè)產(chǎn)品的其實(shí)是個(gè)開(kāi)環(huán)的隔離電源，設(shè)計(jì)用于把48V的母線電壓按5:1或4:1的比例做隔離變換為12V的低壓母線，可以想象主要的目標(biāo)市場(chǎng)之一是通訊類應(yīng)用。

IBC的系列產(chǎn)品在1/4標(biāo)準(zhǔn)磚的尺寸下可以達(dá)到850W的輸出功率，1/8標(biāo)準(zhǔn)磚可以達(dá)到500W，功率密度極高。這當(dāng)然得益于其優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，但是其高達(dá)1MHz的工作頻率對(duì)提升功率密度幫助甚大。

這個(gè)產(chǎn)品使用的方案是V公司專利的SAC™（Sine Amplitude Converter™ ），即正弦振幅轉(zhuǎn)換器，實(shí)際上就是一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的LLC拓?fù)洌攸c(diǎn)是具有限定的諧振參數(shù)Q值。IBC通過(guò)使用LLC諧振拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的零電壓開(kāi)通，通過(guò)限定的Q值設(shè)計(jì)降低了的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)關(guān)斷電流，顯著降低了開(kāi)關(guān)損耗。下圖是某個(gè)IBC產(chǎn)品的效率曲線，可見(jiàn)在1MHz的工作頻率和極高的功率密度下，仍然實(shí)現(xiàn)了最高達(dá)98%的轉(zhuǎn)換效率：

雖然工作頻率高達(dá)1MHz，但是IBC產(chǎn)品使用的功率半導(dǎo)體元件僅僅是Si MOSFET，并沒(méi)有使用新型的寬禁帶材料半導(dǎo)體元件。對(duì)48V的額定輸入電壓，其原邊功率管使用了80V耐壓的POWERPAK 3*3的貼片MOSFET。這個(gè)封裝的MOSFET具有較小的引線寄生電感，使得IBC的工作頻率得以推高到1MHz。

IBC使用了陶瓷電容作為L(zhǎng)LC的諧振電容和板上的輸入、輸出濾波電容，在這個(gè)工作頻率和體積要求下適用的也只有陶瓷電容；使用高頻優(yōu)化的錳鋅鐵氧體作為各個(gè)磁芯元件的磁芯材料。對(duì)1MHz的工作頻率，錳鋅鐵氧體仍然是最有競(jìng)爭(zhēng)力的磁性材料。

從上面的圖中可以分辨出主要的磁性元件位置。以1/4磚為例，最大的磁性元件當(dāng)然是主功率變壓器，其磁芯端面形狀十分少見(jiàn)。磁芯為UU型對(duì)扣，繞線柱為橢圓形。作為L(zhǎng)LC拓?fù)涞闹髯儔浩?，是需要控制其?lì)磁電感的感量的。對(duì)UU型磁芯的主變壓器的勵(lì)磁電感控制，IBC產(chǎn)品的解決方案是使用了混入玻璃珠的特殊的磁芯粘結(jié)劑。通過(guò)控制磁芯粘結(jié)劑中混入的玻璃珠的直徑，使得粘接磁芯時(shí)獲得特定的氣息，進(jìn)而控制了變壓器的勵(lì)磁電感感量。

1/4磚IBC中靠近板邊對(duì)稱放置的是LLC的諧振電感，中間放置的是用于驅(qū)動(dòng)拓?fù)湓匨OSFET的驅(qū)動(dòng)變壓器。對(duì)1MHz的開(kāi)關(guān)頻率，MOSFET的驅(qū)動(dòng)損耗已經(jīng)會(huì)對(duì)電源轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生明顯影響。IBC產(chǎn)品使用了專利的變壓器驅(qū)動(dòng)方案，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的變壓器，令電荷在不同的MOSFET的柵極之間諧振，實(shí)現(xiàn)了極低的驅(qū)動(dòng)電路損耗。

對(duì)工作在1MHz下的變壓器、電感設(shè)計(jì)，顯然需要特別留意，以控制其損耗。IBC產(chǎn)品使用了多層PCB做磁性元件的繞組，其設(shè)計(jì)要求很高，特定位置一小片銅皮的形狀改變，都可能對(duì)電源效率產(chǎn)生明顯影響。

IBC使用了V公司自研的專用控制芯片。從圖中可以分辨，1/4磚和1/8磚的IBC使用了相同封裝的控制芯片，且芯片的外圍元件數(shù)量很少。主控芯片在較少的外圍元件數(shù)量下實(shí)現(xiàn)了對(duì)工作于1MHz的LLC拓?fù)涞目刂坪捅Ｗo(hù)，同時(shí)也能夠適應(yīng)量產(chǎn)的IBC產(chǎn)品不同單板的參數(shù)誤差。如果使用通用芯片實(shí)現(xiàn)這些功能，應(yīng)該是有一定難度的。

IBC產(chǎn)品的精細(xì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了極高的工作效率，極高的開(kāi)關(guān)頻率帶來(lái)了優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)性能。相信這樣一款產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)對(duì)很多公司來(lái)說(shuō)都是頗具難度的。