匠“芯”創造,極致客戶體驗 （ 金升陽定壓第三代（R3）技術解讀 ）
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2017-09-27
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談到工業市場對于電源模塊的需求，大家的第一反應是功能好、品質優、性價比高。這正是金升陽第一代（R1）定電壓輸入電源模塊（以下簡稱定壓電源模塊）帶給客戶的直觀印象。通過融合可靠性系統、自主創新技術和自動化生產工藝，金升陽進而推出了第二代（R2）定壓電源模塊，提高了產品可靠性、降低了使用成本。經過第一、二代產品的技術和工藝沉淀，產品雖已全方位滿足客戶的功能需求，但并沒有帶來最佳客戶體驗。
創新源于市場需求，立足于滿足客戶的體驗。金升陽新推出的第三代（R3）定壓電源模塊將創新方向聚焦于解決行業難題，探索何為“極致客戶體驗”產品。
1.性能難以均衡的行業難題帶來不良客戶體驗
在締造“極致客戶體驗”的時代，考驗愈加嚴峻。傳統的定壓電源模塊采用Royer自激推挽電路，因其固有缺陷，各項性能之間會相互掣肘，難以均衡，在電子設計時我們難以將各方面性能都調到最完美的狀態，如圖一所示。同時，該電路只有基本功能，缺乏異常工況下的保護功能。在電路異常情況下，可導致電源模塊損壞，甚至導致災難性后果。即使定壓R2系列通過技術突破，增加了一些保護功能，也不足以保證各種異常情況下產品不受損壞。
圖一
1.1輸出短路保護性能VS大容性負載能力
目前業界大部分定壓電源產品無持續短路保護功能，這也是Royer自激推挽電路的短板。金升陽定壓R2系列通過改變Royer自激推挽電路的工作模式，實現了短路保護的突破。但是短路保護性能的提升會直接抑制產品的容性負載能力，因此定壓電源模塊的短路保護性能及大容性負載能力難以同時兼備。
1.2 大容性負載能力VS電源啟動能力
有些設計中定壓電源模塊后端需接大電容，以降低紋波噪聲。一般定壓電源模塊的容性負載能力較小。以5V輸入、5V輸出的1W產品為例，最大的容性負載能力約220uF。超出限值的容性負載將會導致產品出現啟動不良問題甚至直接造成產品損壞。
1.3 滿載高效率VS輕負載效率高&空載功耗低
市面上的電源經常會強調滿載效率這項指標，但卻會避開輕載效率和空載功耗這兩個參數。這是因為做好滿載效率相對容易，卻難以實現輕載效率高&空載功耗低。
在一些儀器儀表等應用中，電源工作處于滿載（實際使用會降額）、輕載、空載的三種變化狀態中，而且更多的時間可能處于輕載工作狀態，因此需充分考慮輕負載下的工作效率。系統如果采用電池供電，為提升續航時間，我們對于整機的空載待機功耗有近乎苛刻的要求。對于定壓電源模塊的空載電流一般要求低于10mA，而業界內因技術局限一般只能做到15-30mA的水平，無法滿足客戶的設計需要。
難題種種，我們可否找到一款各項性能上都滿足這些個性化需求且可靠性高的定壓電源模塊產品呢？
2.金升陽匠“芯”推出第三代（R3）定壓電源模塊
由于從現有Royer自激推挽電路設計上已經無法滿足以上的多種個性化需求。金升陽人摒棄該電路架構，另辟蹊徑，以芯片化設計為研究方向。
經過長達3年的IC技術儲備，金升陽采用他激電路架構，并將原來定壓電源模塊內部的分立元件集成化，隆重推出第三代（R3)定壓電源模塊。其優勢主要表現在以下幾個方面：
其一，IC集成輸出短路保護功能。
無輸出短路保護的電源產品，在系統出現短路的情況下可能導致器件損傷甚至燒毀。
定壓R3系列在芯片內部采用獨創的短路保護控制技術，實現全產品線（5/12/15/24V輸入）都有可持續短路保護功能，有效隔斷系統前級電源因后級 電路的失效短路而引發的連鎖反應，避免了系統全面崩潰的災難性事故的發生，從而提高了系統可靠性。
其二，IC集成軟啟動功能。
Royer自激推挽電路本身無軟啟動功能，啟動時存在輸入瞬時大電流沖擊現象，該輸入沖擊電流有可能擊穿電源模塊內部開關器件造成輸入短路，甚至出現連鎖反應導致系統全面崩潰。定壓R3系列使用的IC內置軟啟動功能，模塊啟動時不會產生過大的輸入沖擊電流，可完美解決上述問題。
另一方面，從供電的角度來說，軟啟動因無需大的輸入電流，可降低啟動時所需要的輸入能量，特別適用于對能量有限制要求的場合，例如防爆、多電源模塊并聯應用；還降低了前級供電電源的功率冗余要求，為整體的系統設計節省了成本。
其三，大容性負載能力。
一般而言，開關電源的容性負載能力、啟動能力和短路保護功能是相互聯系且相互制約的，提升其中一個性能將會制約另外兩個性能。
定壓R3系列通過創新技術，把容性負載能力、啟動能力和短路保護功能三者進行“解耦”，消除相互制約。在短路保護能力和啟動能力都大幅度提高的情況下，定壓R3代產品還大幅提高了帶容性負載能力（如：5V輸出產品容性負載能力從220uF提高到2400uF），可以在電子負載CC模式（即存在非常大的容性負載）下正常啟動。如圖二試驗所示，B0505S-1WR3在外接4000uF的情況下，電子負載CC模式啟動正常。
其四，提升了輕負載效率和降低了空載功耗。
定壓R3系列通過優化控制技術，減小全負載范圍主開關器件和變壓器的損耗，從而提升了輕負載效率和降低了空載功耗。
輕負載效率：如5V輸出產品不僅實現了滿載83%以上的效率，且輕載（10%負載）下仍具有75%以上效率。較我司以輕負載效率高見長的定壓R2代產品還要高20個百分點（見圖三），同時解決了系統輕負載條件下的溫升問題。
圖三 輕載效率典型值對比示意圖
空載功耗：如B0505S-1WR3做到僅25mW的空載功耗，空載電流5mA，見圖四。特別適合于對空載功耗要求極高的節能型設備，如便攜式設備等場合；
圖四 空載電流典型值對比
其五，IC集成過溫保護功能。
定壓R3系列內置了過溫保護功能。對于應用環境而言，在遇到超出規定的溫度范圍時，可以自動進入休眠狀態避免產品高溫損壞，若溫度再次降低到設定值時可自動恢復。
對于應用系統而言，電源模塊的輸出電流在額定值與輸出短路保護觸發點之間的有一個“尷尬”區域，如果產品長期處于此區域，極易造成電源因過功率發熱而損壞。有了過溫保護功能，即使應用時處于此處出現過功率，也能避免電源損壞。
以B0505S-1WR3為例，我們簡明列舉金升陽定壓R3系列主要性能參數對比情況：
表一 定壓R3系列產品B0505S-1WR3的性能對比
在迭代更新時，客戶會擔心產品性能及使用的兼容性問題。金升陽定壓第三代（R3）產品在傳承第一、二代產品的功能性和可靠性的基礎上，從根本上兼容了定壓第一代（R1)和第二代（R2）系列，引腳封裝及外觀尺寸完全一致，無需更改原有的PCB。定壓第三代（R3）產品讓客戶可以完美替代我司現存的第一代（R1)和第二代（R2)產品而無后顧之憂，如圖五所示。
圖五 產品兼容性圖示
3、小結
歷經19年而初心不變，金升陽力求以精益求精來體現匠心精神。此次匠“芯”推出的定壓R3系列，采用芯片化設計，不僅“解耦”式均衡提升了輸出短路保護、容性負載能力、空載功耗、輕載效率和軟啟動等性能，而且讓產品的一致性更好；另外，產品的兼容性設計方便客戶系統升級。金升陽定壓R3系列以絕對技術優勢提升客戶體驗之外，采用的他激架構和IC化集成技術也為定壓電源技術指明了一個新的創新方向。
創新是一種態度，更是一種責任。金升陽以創新為己任，繼續推動中國的電源事業發展，不斷給客戶帶來更好體驗的產品。
4、產品信息展示：
|
產品系列 |
功率 (W) |
輸入電壓 (VDC) |
輸出電壓 (VDC) |
輸出 路數 |
隔離電壓(VDC) |
封裝 形式 |
封裝尺寸 （mm） |
申請樣品 |
|
|
1 |
5 |
±5,,±9,±12,±15 |
2 |
1500 |
SIP |
19.65*6.00*10.16 |
 |
|
B_S-1WR3 |
1 | 5 |
3.3,5,9,12,15,24 |
1 |
3000 |
SIP |
11.60*6.00*10.16 |
|
|
|
1 |
5 |
5,9,12,15 |
1 |
1500 |
SIP |
19.65*6.00*10.16 |
|
|
E05_S-1WR3 |
1 | 5 |
±5,,±9,±12,±15 |
2 | 3000 |
SIP |
19.65*6.00*10.16 |
|
|
F05_S-1WR3 |
1 | 5 |
5,9,12,15 |
1 | 3000 |
DIP |
12.70*10.16*8.20 |
|
|
F05_N-1WR3 |
1 | 5 |
5,9,12,15 |
1 | 1500 |
SIP |
19.65*6.00*10.16 |
|
|
IB05_LS-1WR3 |
1 | 5 |
5,9,12,15 |
1 | 1500 |
SIP |
19.65*6.00*10.16 |
|
|
IB05_S-W75R3 |
0.75 | 5 |
3.3,5,9,12,15 |
1 | 3000 |
SIP |
11.60*6.00*10.16 |
|
|
IF05_S-1WR3 |
1 | 5 |
5,9,12,15 |
1 | 3000 |
SIP |
19.65*6.00*10.16 |
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注：表格內參數僅供參考，詳細產品技術參數請以技術手冊為準：
http://www.tunhuang.cn/html/product/1-3W-(SIP_DIP).html
