35W 汽車級 800V 電源解決方案：INN3947FQ InnoSwitch3-AQ 電源設計詳解

1. 引言

隨著電動汽車 (BEV) 的快速發展，市場對高效、可靠且緊湊的汽車電源解決方案的需求日益增長。Power Integrations 推出了一款基于 INN3947FQ InnoSwitch3-AQ IC 的 35W 單輸出反激式轉換器電源設計，專為 800V 電池系統 的電動汽車應用而設計。

2. 主要特性與優勢

超緊湊設計：適用于空間受限的汽車應用。

低元件數量：僅需 59 個電氣元件，簡化了電路設計，降低了成本和復雜性。新型 InSOP28(F) 封裝：提供 5mm 的漏極到源極引腳間距，符合 IEC-60664-1 標準，確保在高電壓環境下的安全運行。寬電壓范圍：支持 200V 至 1000V DC 的輸入電壓范圍，適用于各種電動汽車電池系統。

高效能：

全負載效率 ≥ 85%：在寬輸入電壓范圍內保持高效運行，減少能量損耗，提高續航里程。FluxLink™ 磁感耦合技術：實現 精確的次級側調節，無需光耦，提高了可靠性并降低了成本。

全面保護功能：

輸出電流限制和短路保護：確保在異常情況下保護電源和負載。內置過壓保護 (OVP)：通過初級側和次級側的雙重保護機制，防止輸出電壓過高。

符合汽車級標準：

采用 AEC-Q 認證的表面貼裝 (SMD) 元件，滿足汽車行業對可靠性和耐用性的嚴格要求。低外形設計：高度僅為 18mm，適用于空間受限的應用。增強隔離：變壓器提供 1000V 增強隔離，符合 IEC-60664-1 和 IEC-60664-4 標準，確保高壓側和低壓側之間的安全隔離。

3. 應用場景

該電源設計可作為 牽引逆變器門極驅動電源 或 應急電源，為電動汽車的關鍵系統提供穩定的電源供應。

4. 關鍵設計亮點

4.1 輸入濾波

為了應對汽車逆變器環境中高 dv/dt 和 di/dt 帶來的電氣噪聲，電源設計采用了 共模扼流圈 L301 和 電容 C303-C305 組成的輸入濾波器，有效抑制噪聲進入電源，防止其影響電源性能。

4.2 高壓電路反激式拓撲結構：將高壓直流輸入轉換為隔離的低壓輸出。R2CD 型緩沖電路：用于限制開關關斷時的漏源電壓峰值，保護功率開關。輔助繞組：為初級側供電，提高效率并減少 InnoSwitch3-AQ IC 的發熱。4.3 低壓電路

同步整流 MOSFET (SR FET)：由 InnoSwitch3-AQ IC 驅動，整流變壓器次級繞組電壓，并通過輸出電容濾波。

RCD 型緩沖電路：抑制 SR FET 漏源節點的高頻振鈴。次級側控制器：控制 SR FET 的開關時序，防止交叉導通，確保可靠的同步整流操作。

輸出電壓和電流檢測：通過 FB 引腳和 IS 引腳實現精確的電壓和電流控制。

恒流 (CC) 模式：當達到內部電流檢測閾值時，IC 會調整脈沖數量以保持固定的輸出電流。自動重啟 (AR) 功能：在恒流模式下，當輸出電壓低于調節值 10% 時，IC 將進入 AR 模式，并在負載電流降至 CC 限制以下時恢復。

5. PCB 布局

該設計采用 六層 FR4 板，厚度為 1.6mm，銅厚為 1oz。布局經過精心設計，以確保良好的熱管理和信號完整性，并滿足汽車應用所需的爬電距離和間隙要求。

6. 性能數據

6.1 效率

全負載效率：在 200V 至 1000V 輸入電壓范圍內，效率均超過 85%。

負載效率曲線：在 85°C、25°C、-40°C 和 105°C 環境下，效率隨負載變化的情況均已測試并記錄。6.2 負載和線路調節

負載調節：在 不同輸入電壓和溫度條件下，輸出電壓隨負載變化的情況均已測試并記錄。

線路調節：在 滿負載條件下，輸出電壓隨輸入電壓變化的情況也已測試并記錄。

6.3 熱性能關鍵組件溫度：在 85°C 環境溫度 下，電源內部關鍵組件的溫度均已測量并記錄。

熱成像數據：在 22°C 環境溫度 下，使用 Fluke 熱成像儀對電源進行了熱成像掃描，以評估熱分布情況。

6.4 波形啟動波形：在不同輸入電壓下，輸出電壓和電流的啟動波形均已捕獲。

穩態開關波形：在 85°C、25°C 和 -40°C 環境溫度下，INN3947FQ 和 SR FET 的漏源電壓和電流波形均已捕獲。

短路響應：在 85°C 環境溫度 下，電源對輸出短路的響應也已測試并記錄。

6.5 負載瞬態響應在 85°C 環境溫度 下，電源對 0% 到 50%、50% 到 100% 和 10% 到 90% 的動態負載變化的響應均已測試并記錄。

6.6 輸出紋波在 85°C、25°C 和 -40°C 環境溫度下，輸出電壓紋波波形均已測量并記錄。