电子工程师必备：IRS27951评估板深度剖析

在电子工程领域，电源设计一直是至关重要的一环。今天，我们将深入探讨IRAC27951SR - 240W评估板，它集成了IRS27951谐振半桥控制器和IR11682双通道同步整流控制器，为电源设计带来了新的解决方案。

文件下载：IRAC27951SR.pdf

核心芯片介绍

IRS27951/2

IRS2795(1,2)是一款8引脚的高压双端控制器，专为谐振半桥拓扑设计。它具有50%的互补占空比，高低侧器件驱动相位相差180°。该芯片的一大亮点是可通过2引脚振荡器对多个关键参数进行外部编程，如工作频率范围、启动频率、死区时间、软启动时间和睡眠模式等。同时，它采用了IR的专有高压技术，实现了VS感应电路，可监测低侧半桥MOSFET的电流，用于短路故障保护，还能消除额外的电流感应电阻、滤波器和电流感应引脚。此外，它的微功率启动电流（(I_{CC}<100 mu A)）和用户可启动的睡眠模式（IC功耗小于200uA @ (Vcc =15 ~V)），有助于降低系统待机功耗，满足严格的能源标准。

IR11682

IR11682是一款二次侧SmartRectifierTM驱动IC，用于驱动谐振转换器应用中的两个N沟道功率MOSFET作为同步整流器。它通过差分感应每个整流MOSFET的漏源电压来确定电流水平，并在零电流过渡附近精确控制功率开关的导通和关断。该芯片还具备多种电源管理功能，如宽VCC工作范围、直通保护逻辑、低延迟的零电流过渡控制、逐周期MOT保护电路和内部钳位的栅极驱动输出等，大大简化了同步整流控制。

评估板规格与设计

规格参数

参数	详情
输入电压	280VAC或400VDC
交流线路频率范围	47 – 63Hz
转换器开关频率范围	70 - 150 kHz
转换器输出	24V/10A
最大输出功率	240W
最小负载要求	无
最大环境工作温度	40°C
效率（@ 240W）	95%
短路保护	有

设计特点

评估板采用双层2oz铜PCB，前端为传统的AC - DC整流级，包括整流桥和EMI滤波器；下游是多谐振半桥LLC转换器，由IRS27951控制器驱动。变压器采用磁集成方法，将谐振串联和并联电感集成在电源变压器中，二次绕组采用中心抽头配置。二次整流采用同步整流控制器IR11682和两个PQFN功率MOSFET，大大降低了传导功率损耗，无需散热片，还节省了PCB面积。

评估板操作步骤

负载连接

将能够承受240W连续功率的电阻性或电子负载连接到24V导轨的连接器CON3上，该板无最小负载要求。

AC/DC输入

评估板可接受AC或DC输入电压。若使用AC电源，建议在AC侧使用隔离变压器，以便使用常规示波器探头轻松探测测试点上的控制信号。将能够提供高达280VAC的交流电源或400V DC电源连接到CON1。当BUS电压在350V DC至420V DC范围内时，转换器可保持输出稳定。

IRS27951直流电源电压

评估板通过启动电路和变压器的辅助绕组实现自供电。启动电路在施加AC或DC输入电压后开始工作，但只有当BUS电压达到350Vdc或更高时，Vcc才会稳定。可在测试点VCC和COM监测VCC电压。

断开评估板

每次评估完成后，建议对大容量电容器C4进行放电。具体操作是先从CON1断开高压AC或DC电源，然后在初级Vcc和COM测试点施加外部12V DC电压，直到总线电压降至0V。

系统性能表征

稳态和启动波形

在不同输入电压（350V DC、390V DC、420V DC）和负载条件（满载和空载）下，对低侧器件(V_{GS})、VS引脚电压、谐振槽电流和输出电压等波形进行了测试。启动时，同步整流电路在输出电压约为18V时激活，输出电压会有小的阶跃上升，同时初级电流会因输出电容器的充电电流而出现小的峰值。开关频率在10ms - 15ms内从200kHz扫描到调节频率，可防止启动期间出现高电流尖峰，且输出电压在启动时无过冲。

同步整流波形

对不同输入电压和负载条件下的同步整流波形进行了测试，包括SR栅极1、SR栅极2、VS引脚电压和谐振槽电流等。

动态负载响应和输出电压调节

通过从满载到空载和从空载到满载的负载阶跃测试系统的动态响应，欠冲和过冲均在+/-3%以内。输出电压在整个线路负载范围内严格调节在+/-1%的调节带内。

输出纹波

24V输出纹波在DC输入电压下非常小，AC输入时纹波较大，主要是由于初级母线电压上的低频（2xfAC）纹波。若在前级使用PFC预调节器，纹波将大大减小。轻载时，同步整流电路可能进入待机模式，IR11682的栅极将被禁用，SR MOSFET的体二极管将承载输出电流，会产生一些输出纹波，但纹波在200mV以内，小于额定输出的1%。

用户启动睡眠模式

通过将IRS27951的CT/SD引脚外部拉至COM，可使IC进入睡眠模式，大大降低IC功耗，有助于实现系统电源管理功能，减少整体待机功耗。

效率图表

在350V、390V和420V DC输入下，对不同负载范围的效率进行了测试。结果表明，评估板在不同输入电压和负载条件下均能保持较高的效率。

热数据

在400Vdc输入和240W满载、室温条件下，对评估板的关键部件进行了热性能测试，包括MOSFET、IRS27951和变压器等，为实际应用中的散热设计提供了参考。

变压器规格

基本参数

最小工作频率为80 kHz，初级电感为600 µH ±10% @1 kHz - 0.25V，漏电感为125 µH ±10% @1 kHz - 0.25V。

电气图和绕组信息

提供了变压器的电气图，详细说明了各引脚的连接方式。同时，还给出了谐振变压器绕组在骨架上的位置和绕组特性，包括各绕组的引脚、匝数和线径等信息。变压器供应商为Yu Jing Technology Co., LTD，型号为LP3925H。

通过对IRAC27951SR - 240W评估板的详细分析，我们可以看到它在电源设计方面的诸多优势。各位电子工程师在实际应用中，可根据具体需求充分利用这些特性，优化电源设计方案。你在电源设计中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。