1. 項(xiàng)目概述：一款適用于汽車(chē)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(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（PHEV）和電池電動(dòng)汽車(chē)（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(shí)效率超過(guò)82%，在3W負(fù)載下效率超過(guò)75%。

啟動(dòng)電壓：40V，無(wú)需額外元件即可啟動(dòng)。

同步整流：內(nèi)置同步整流驅(qū)動(dòng)，提高效率并減少散熱需求。

2. 設(shè)計(jì)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)高集成度：INN3996CQ集成了主開(kāi)關(guān)、初級(jí)側(cè)控制器、次級(jí)側(cè)控制器和FluxLink™技術(shù)，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，減少了元件數(shù)量。

高效能：通過(guò)FluxLink™技術(shù)實(shí)現(xiàn)次級(jí)側(cè)直接電壓檢測(cè)和調(diào)節(jié)，避免了光耦的使用，提高了負(fù)載、線(xiàn)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(guò)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(jí)。

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

瞬態(tài)響應(yīng)：得益于次級(jí)側(cè)控制，電源對(duì)負(fù)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(jì)詳解3.1 輸入濾波

設(shè)計(jì)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(dòng)。

主要元件：C1000和C1001（串聯(lián)連接）作為濾波電容，同時(shí)為初級(jí)開(kāi)關(guān)電流提供局部去耦。串聯(lián)連接還可防止單個(gè)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(jí)側(cè)電路

變壓器連接：T1初級(jí)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(guò)D1000和R1002消耗。

自啟動(dòng)與供電：IC通過(guò)內(nèi)部高壓電流源為BPP引腳電容C1004充電，實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)。器件保證在30V啟動(dòng)，但通常啟動(dòng)電壓低于此值。正常操作期間，初級(jí)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(guò)二極管D1006和電容C1006、C1007整流和濾波，電流通過(guò)限流電阻R1003進(jìn)入BPP引腳。-

4V輸出：設(shè)計(jì)為正柵極驅(qū)動(dòng)器電源的負(fù)電源。通過(guò)二極管D1005和C1009整流和濾波。為了實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)，在C1009后連接了一個(gè)線(xiàn)性穩(wěn)壓器。

3.3 次級(jí)側(cè)電路

同步整流：次級(jí)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(kāi)關(guān)瞬態(tài)期間的高頻振鈴。

柵極驅(qū)動(dòng)：Q2000的柵極由InnoSwitch IC內(nèi)部的次級(jí)側(cè)控制器根據(jù)通過(guò)電阻R2003感測(cè)的繞組電壓開(kāi)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(mǎn)足150V的降額要求。

輸出電壓檢測(cè)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(cè)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(duì)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(shí)間并降低輸出紋波。

輸出電流檢測(cè)：輸出電流通過(guò)R2005感測(cè)，閾值約為35mV，以減少損耗。一旦超過(guò)輸出電流限制閾值，器件將進(jìn)入自動(dòng)重啟模式，直到負(fù)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(diǎn)：四層板設(shè)計(jì)：提供更好的信號(hào)完整性和電源分配。

散熱設(shè)計(jì)：PCB底部設(shè)計(jì)有散熱區(qū)域，用于增強(qiáng)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(jì)型號(hào)：EFD20，12引腳。

電氣規(guī)格：電感：256-284µH（初級(jí)繞組）

直流電阻：1.36Ω（初級(jí)繞組），0.075Ω（次級(jí)繞組）

耐壓：3000VAC（初級(jí)對(duì)次級(jí)），1500VAC（所有引腳對(duì)鐵芯）

匝數(shù)比：1:0.135（初級(jí)對(duì)次級(jí)）FluxLink™繞組：用于次級(jí)側(cè)電壓檢測(cè)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(fù)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(jì)規(guī)范。

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

熱性能：

最壞情況：40VDC輸入，最大負(fù)載時(shí)，InnoSwitch IC溫度上升65°C，達(dá)到接近125°C的最大推薦工作溫度。

建議：在設(shè)計(jì)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(lái)，以降低IC溫度。7. 波形分析啟動(dòng)波形：電源能夠在滿(mǎn)載和40V輸入下啟動(dòng)，輸出電壓在啟動(dòng)過(guò)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(yùn)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(kāi)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(jì)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(fù)載條件下的效率：

40VDC輸入時(shí)，效率范圍為75.3% 至 88.9%。

130VDC輸入時(shí)，效率范圍為77.9% 至 88.9%。

300VDC輸入時(shí)，效率范圍為70.3% 至 88.0%。

375VDC輸入時(shí)，效率范圍為64.0% 至 86.2%。

530VDC輸入時(shí)，效率范圍為63.4% 至 86.2%。