STEVAL - ISA018V1演示板：工業(yè)電源的高效解決方案

在工業(yè)電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定且具備多種保護(hù)功能的電源方案一直是工程師們追求的目標(biāo)。今天，我們就來(lái)深入了解一下ST公司推出的STEVAL - ISA018V1演示板，它為工業(yè)應(yīng)用提供了一個(gè)出色的單輸出開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）解決方案。

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一、方案概述

STEVAL - ISA018V1演示板是為工業(yè)電源設(shè)計(jì)的，可提供連續(xù)150W的輸出功率，峰值功率高達(dá)240W。它采用諧振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用諧振方法最大限度地減少開(kāi)關(guān)損耗，效率超過(guò)90%。該板提供一個(gè)24V、6A的穩(wěn)壓輸出，過(guò)載能力可達(dá)10A。

二、關(guān)鍵組件分析

（一）功率MOSFET

該演示板采用了STF21NM50N功率MOSFET作為半橋中的初級(jí)開(kāi)關(guān)。這款MOSFET基于意法半導(dǎo)體的專有高壓MDmesh? II技術(shù)制造，具有每單位面積極低的導(dǎo)通電阻（(RDS(on))）、低柵極電荷和高開(kāi)關(guān)性能。它有TO - 220、TO - 247和TO - 220FH等不同封裝可供選擇。

（二）控制器

1. L6599控制器：這是一款用于諧振半橋零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）的雙端初級(jí)控制器。它通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率和以恒定50%占空比控制半橋來(lái)控制輸出功率。在輕載條件下，它采用突發(fā)模式操作以優(yōu)化功耗。此外，該IC還具備禁用功能和兩級(jí)過(guò)流保護(hù)，并帶有可編程延遲。為了避免使用自舉電容，它內(nèi)部集成了一個(gè)典型(RDS(on))為200mΩ的P溝道D - MOS晶體管作為開(kāi)關(guān)元件。
2. TSM1011控制器：用于控制輸出電壓和電流，實(shí)現(xiàn)方波輸出調(diào)節(jié)。它通過(guò)次級(jí)反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)24V輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，反饋網(wǎng)絡(luò)由可編程電壓基準(zhǔn)TSM1011驅(qū)動(dòng)光耦，確保初級(jí)和次級(jí)之間的絕緣。光晶體管驅(qū)動(dòng)反饋引腳（RFMIN）來(lái)控制IC的運(yùn)行。

（三）諧振變壓器

三、電氣特性與保護(hù)功能

（一）輸入輸出特性

輸入電壓范圍有兩種情況：a. 185至265Vac；b. 85至185Vac（采用倍壓操作），輸入頻率范圍為50/60Hz。輸出電壓為24V ± 2%，輸出功率為150W（峰值240W）。

（二）保護(hù)功能

1. 過(guò)流保護(hù)：L6599 IC具備兩級(jí)過(guò)流保護(hù)和脈沖逐個(gè)電流限制，并帶有內(nèi)部頻率調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)有效的恒流短路保護(hù)。
2. 反饋斷開(kāi)保護(hù)：防止反饋回路出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)電源造成損害。
3. 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉電源，保護(hù)設(shè)備安全。

四、實(shí)驗(yàn)波形與EMI測(cè)量

（一）實(shí)驗(yàn)波形

文檔中給出了一些實(shí)驗(yàn)波形，包括不同負(fù)載下的中點(diǎn)電壓和變壓器電流波形，以及輸出紋波（低頻和高頻）、短路保護(hù)操作、啟動(dòng)和關(guān)閉波形等。這些波形有助于工程師直觀地了解電源在不同工況下的運(yùn)行情況。

（二）EMI測(cè)量

通過(guò)使用50Ω LISN和頻譜分析儀的峰值檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示該電源的電磁干擾（EMI）排放低于準(zhǔn)峰值掩碼的限制。這表明該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)搭配“輕型”EMI濾波器是合適的，在實(shí)際應(yīng)用中能更好地滿足電磁兼容性要求。

五、總結(jié)

STEVAL - ISA018V1演示板基于L6599諧振控制器和最新的MDmesh II功率MOSFET技術(shù)，在整個(gè)工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了非常高的效率。其豐富的保護(hù)功能和良好的EMI性能，使其成為工業(yè)應(yīng)用中可靠的電源解決方案。工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)工業(yè)電源時(shí)，可以參考該演示板的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)參數(shù)，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似電源方案的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。