DER-931测评|信号|变压器|整流|电容器|电阻

家人们！心心念念的 DER-931 demo 板终于到啦，刚拿到手就忍不住立刻拆箱～拆箱时看着裹在泡泡纸里的板子，第一感觉就是小巧精致，拿在手里轻便又紧凑，完全契合工业及电器电源对 “小体积、高集成” 的需求，这种设计在空间受限的工业场景里肯定特别实用。

这款电源是基于 InnoSwitch4-CZ、ClampZero 和 MinE CAP 技术打造的 72W 工业及电器电源，官方主打高效能与高可靠性，从规格上看就能应对工业场景里对电源稳定性、转换效率的严苛要求。

底面

顶面

我迫不及待想验证它的实际表现，先安排了一轮简单上电测试：输入 90Vac 交流电，设置为空载状态，观察输出情况。从测试仪器的读数能清晰看到，12V 输出非常稳定，数值几乎没有波动，稳稳卡在 12.00V，这初步验证了电源的稳压性能，给后续深度测试开了个好头！

电源规格，如下图

有上表可以看到空载功率可以到50mW，已经比较优秀了，纹波在250mW比较小，受设备限制，空载功耗没法测试。

再看看原理图

借用原厂应用指南解释一下原理图：

电路描述输入整流器和EMI滤波输入熔丝F1隔离电路，并针对元件故障提供保护功能。电感器L1、L2连同电容器C1共同实现电磁干扰衰减。桥式整流器BR1对交流线路电压进行整流，并在输入电容器C2、C3和C4之间提供全波整流后的直流电。电源输出端与输入端之间连接的Y形电容器C11有助于降低共模电磁干扰。

InnoSwitch4-CZ IC 主电路

变压器初级的一端连接到整流直流母线，另一端连接到InnoSwitch4-CZ IC (U3)内部的PowiGaN开关的漏极终端。InnoSwitch4-CZ IC的V引I脚直接与MinE-CAP IC的L引脚相连。电阻器R4和R5为both MinE-CAP IC和InnoSwitch4-CZ IC提供输入电压感测功能。MinE-CAP IC使用电阻器R4和R5来监测线路电压以及高压整体电容器C4两端的电压。电阻器R1和R2是用于帮助调节C4两端电压的泄放电阻，而电阻器R3则被MinE-CAP IC用于采样C4负端处的电压。MinE-CAP IC将来自VTOP和VBOT引脚的信息综合起来，以确定并控制低压整体电容器C4两端的电压状态。InnoSwitch4-CZ IC借助L针引来的电流来判断线路电压不足和过压状态。在正常运行期间，来自L针的电流会跟随流经R4和R5的电流值变化。因此，InnoSwitch4-CZ IC的运作方式就好像上述电阻器直接连接至V针一样。对于此特定设计而言，旁路电容C5由InnoSwitch4-CZ IC的BPP针与MinE-CAP IC的BP针共同共享。C10的值是根据InnoSwitch4-CZ IC所需的电流限值来选择的。InnoSwitch4-CZ IC的旁路引脚在启动期间也会为ClampZero IC(U2)的BP1引脚提供供电。

主钳位电容C8在U3内部PowiGaN开关断开瞬间限制了U3中U3的峰值漏极电压。储存在变压器T1的漏感中的能量将被转移至电容C8。部分磁化能量也会根据所使用的电容值被转移至C8。齐纳二极管VR1被用作一种安全保护机制，用以在电源出现任何故障时保护InnoSwitch4-CZIC免受过大的漏极电压影响。

当从副边接收到磁通耦合（FluxLink）信号时，InnoSwitch4-CZ 集成电路会生成一个高端驱动（HSD）信号，用以导通箝位零电压（ClampZero）器件。当箝位零电压集成电路（U2）导通后，为实现 InnoSwitch4-CZ 原边开关的软开关功能：

若工作在连续导通模式（CCM）下，箝位电容 C8 会开始为变压器的漏感充电；
若工作在断续导通模式（DCM）下，箝位电容 C8 则会同时为变压器的漏感与励磁电感充电。

从高端开关关断的瞬间起，电路会设置一个微小延时，以此实现原边开关的零电压开关（ZVS）效果。该延时可通过电阻 R6 的不同阻值进行编程设定。

电容C5用于为集成电路U2的BP1引脚提供本地去耦功能。电容C6则为BP2引脚实现去耦。二极管D1与电容C7共同构成一个自举电路，为高端侧的BP2引脚提供偏置电压。电阻R7用于限制流入BP2引脚的电流。

InnoSwitch4-CZ 集成电路具备自启动功能：当首次接入交流电时，其内部的高压电流源会对原边旁路（PRIMARY BYPASS）引脚的电容C10进行充电。在正常工作状态下，原边模块由变压器T1上的偏置绕组供电。该偏置绕组的输出电压经二极管D2整流、电容C9滤波后，会形成一个恒定电压源，并通过电阻R8为U3的BPP引脚供电。电阻R8的作用是限制流入InnoSwitch4-CZ 集成电路 U3原边旁路引脚的电流。

电路通过调制控制实现输出稳压，具体方式为根据输出负载调节开关周期的频率与限流阈值（ILIM）。

高负载工况下：在选定的限流阈值区间内，大多数开关周期均以高限流阈值运行；
轻载或空载工况下：大多数开关周期被关断，仅少数启用的周期以选定区间内的低限流阈值运行。

任一开关周期被启用后，开关管会保持导通状态，直至原边电流上升至该工作状态对应的器件限流阈值。

原边闩锁关断 / 自动重启过压保护功能，由齐纳二极管VR2及限流电阻R9共同实现。在反激式变换器中，偏置绕组的输出电压会通过绕组匝数比，与变换器的输出电压保持同步变化。当变换器输出端出现过压故障时，辅助绕组电压随之升高，并致使齐纳二极管VR2击穿；击穿后会产生一股电流流入InnoSwitch4-CZ 集成电路 U3的BPP引脚。若流入BPP引脚的电流升高至ISD阈值之上，U3控制器将触发自动重启机制，以阻止输出电压进一步升高。

InnoSwitch4-CZ 集成电路副边电路

nnoSwitch4-CZ 集成电路的副边电路具备三项功能：输出电压采集、输出电流检测，以及驱动用于实现同步整流的金属 - 氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。

变压器副边的输出，经同步整流场效应晶体管Q1与二极管D3整流后，再由电容C15和C16滤波。电容C19和C20用于抑制输出电压的高频纹波。开关瞬态过程中产生的、原本会形成辐射电磁干扰（EMI）的高频振铃，通过RCD 缓冲电路（由电阻 R11、电容 C12 和二极管 D4 组成）得到抑制。其中二极管D4的作用是最大限度降低电阻R11的功耗

集成电路U3的副边控制器，会根据经由电阻 R10 采集并输入至该芯片 FWD 引脚的绕组电压信号，来驱动同步整流场效应晶体管Q1的栅极使其导通。

在连续导通模式（CCM）下，同步整流金属 - 氧化物半导体场效应晶体管（SR MOSFET）会在副边电路向原边电路发送新开关周期指令之前关断。在断续导通模式（DCM）下，当该场效应晶体管两端的压降降至 VSR (TH)（同步整流阈值电压）以下时，功率场效应晶体管随即关断。

集成电路 U3 的副边电路可通过副边绕组正向电压或输出电压实现自供电。但为了提升系统效率并降低副边电路的内部功耗，可增设一路偏置绕组电路。连接至 InnoSwitch4-CZ U3 芯片BPS 引脚的电容 C13，用于为其内部电路提供去耦功能。

恒流阈值（CC threshold）以下时，器件工作于恒压模式（constant voltage mode）。恒压模式下，电路通过分压电阻R14与R15采集输出电压，以此实现输出电压的稳压控制。电阻R15两端的电压被输入至反馈引脚（FB pin），该引脚的内部参考电压阈值为1.265 V。器件会对输出电压进行稳压调节，使反馈引脚上的电压稳定在1.265 V。电容C18用于对反馈引脚上的信号进行滤波，抑制噪声干扰。

输出电流的检测，是通过监测IS 引脚与副边地引脚之间电阻R12和R13两端的压降来实现的。约35 mV的检测阈值可降低电路损耗。电容C14用于对 IS 引脚的信号进行滤波，以抑制外部噪声干扰。

一旦电流检测值超过芯片内部的电流阈值，器件便会调节开关脉冲的数量，从而维持输出电流恒定。此外，电阻R12和R13还可在输出端发生短路故障时，起到后备保护的作用。

PCB layout