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方案选用的关键器件可替代安森美、英飞凌，且性能、价格会更优（本方案详细讲解）

方案简介

本方案介绍了采用TOLL封装DTMOS的500W服务器电源的规格、用途和各种特性。该电源在DC 12V输出时可提供500W的功率。输入交流电源（90V至264V）通过CCM PFC电路和隔离半桥LLC电路产生DC 12V输出。通过输出部的ORing电路，可以进行N+1冗余运算等。PFC电路采用小型表面贴装型TOLL封装MOSFET，与传统500W服务器电源相比电路板面积减少了20%。该电源可用于各种需要⾼功率密度的应用，包括1U、服务器电源，⾼速功率MOSFET用作开关元件以实现⾼效率。

电源规格参数

电源实物正面图

电源实物正面图

简易框图

注意事项 (防止触电、烫伤等)：

连接交流稳压电源时请小心触电，注意分清该电源的主要区域和次要区域，通电时请勿触摸主要区域。观察波形时要非常小心，即使停止供电后,由于各种电容器的残留电荷,也存在触电的危险。在接触电路板之前,请确认各部分电路的电压已充分降低。此外，该电源的半导体、变压器根据负载电流产生热量。注意发热高的部位和区域（共模扼流圈、LLC初级MOSFET、LLC主变压器、整流二极管、PFC用线圈、LLC次级侧同步整流器FET、碳化硅SBD、PFC用MOSFET），通电时请勿触摸这些区域,否则有灼伤的危险。

效率测试结果（Vin=115V、Vin=230V）

注1：光耦网还有80 PLUS 标准的测试图，测量功率效率图等，更多测试结果请联系公众号：光耦网。

注2：80 PLUS 标准的测试图为内部测试，该电源未经过80 PLUS认证。

关键器件

器件简介

板载功率MOSFET

东芝已将适用于AC-DC转换器初级侧(PFC/主开关)的600/650V DTMOS系列和适用于次级侧(同步整流器)的压UMOS系列商品化。两个系列均提供丰富的产品阵容，工程师可以根据设计规格选择最合适的产品，下面对该电源所使用的产品进行介绍。

TK090U65Z

安装在PFC电路部分

• ·VDSS=650V，
• ·RDS(ON) (Max值)90mQ@VGS= 10V
• ·DTMOSⅥ系列的Qg和Qgd特性与英飞凌C7系列产品具有同等的水平，如下图所示。
• ·TOLL封装通过采用Kelvin-Source引脚、提高开关速度，实现高效率，并且做到紧凑型封装尺寸，从而提高功率密度，如下图所示。
• ·现代DTMOSVI工艺产品能够实现高速开关并降低开关损耗

TK20A60W5

安装在LLC电路的初级侧

• ·VDSS= 600V，
• ·RDS(ON)(Max值)175 mQ@VGS =10V,
• ·TO-220SIS封装
• ·内置高速二极管，减少反向恢复动作时的损耗。
• ·现代DTMOSVI工艺产品能够实现高速开关并降低开关损耗。
• ·DTMOSⅥ系列的Qg和Qgd特性与英飞凌C7系列产品具有同等的水平，如上图所示
• ·DTMOSVI的体二极管恢复特性比英飞凌公司的C7系列更好。
• ·可用于替代英飞凌：IPP65R115CFD7AAKSA1，IPA60R160P7XKSA1，IPP60R160P7XKSA1，SPA20N60C3XKSA1，IPP60R190P6XKSA1，SPP20N60C3XKSA1
• ·可用于替代安森美：FCPF20N60，FCPF190N60E，FCPF190N60E-F154，FCPF190N65FL1-F154

TPH1R306P1

安装在LLC电路的次级侧同步整流器上

• ·VDSS=60V，
• ·RDS(ON) (Max值)1.28mQ@VGS= 10V
• ·SOP Advance 封装U-MOSIX-H工艺产品适合开关应用，因为它通过优化单元结构在切换单元之间可以抑制浪涌电压。
• ·该系列具有高性能、低尖峰特性。

TPHR9203PL

安装在输出单元的 ORing 电路上

• ·VDSS=30V，
• ·RDS(ON) (MAX值)0.92mQ@VGS= 0V,
• ·SOP Advance封装。
• ·现代U-MOSIX-H工艺产品具有低导通电阻,可降低ORing电路中的功耗。
• ·可用于替代东芝：TPHR9203PL1、TPHR9203PL,LQ(M1等，性能更佳。

TOLL封装的优势

TOLL封装缩小尺寸

上述“简易框图”所示为该电源示意电路。MOSFET采用TOLL封装产品安装在PFC电路中,实现了的电源的尺寸减小。TOLL封装是一种表面贴装型封装，栅极驱动的信号源端子可以是开尔文连接的，这减少了封装内部源极线电感对开关的影响,从而实现MOSFET的高速开关性能并降低开关损耗。该器件的热阻低至TO-220SIS封装产品的1/5,并且通过电路板散热的设计可降低开关损耗。此外,器件的散热有助于减小散热器的尺寸。散热器是一个大型元件,其小型化增加了其他元件的放置自由度,并有助于将电路板面积缩小到大于电路板尺寸。

散热器

TOLL封装在PCB上的安装，以及散热器的安装对于散热非常重要。TOLL封装采用表面贴装在电路板上 ,通过电路板上提供的散热孔、绝缘片和安装在电路板正面的散热器进行散热。因此，不仅需要散热片而且基板布局也与散热效果有很大关系。 PFC二极管紧邻PFC电路板放置,并安装在同一块散热板上从而实现更高的安装密度，安装图如下图所示。

TOLL封装安装图

TO-220SIS和TOLL封装散热器比较

下图A显示了TO-220SIS封装产品TK090A65Z和TOLL封装产品TK090U65Z的热仿真模型。如下图B所示,在封装模型上附有散热器,通过改变散热器尺寸来模拟自然风冷来确认芯片温度。根据该结果计算出根据散热器尺寸从芯片到周围区域的热阻 (Ta=25C) ,如图C所示，与T0-220SIS相比OLL封装可以降低包括散热器在内的整体热阻,从而有助于缩小散热器的尺寸。

图 A  TO220SIS和TOLL封装热仿真模型

图B TO220SIS和TOLL封装模拟散热器模型

图C 热阻比较

电路板面积减少

PFC中使用TOLL封装相比于使用TO-220SIS封装电路板面积减少20%，如下图所示。

PFC MOSFET的模拟温度比较

下图显示了使用TO-220SIS封装MOSFET PFC电源和采用TOLL封装MOSFET 紧凑型PFC电源的温度模拟比较。采用TOLL封装电源的散热器和电路板被小型化，并且MOSFET的温度比采用TO-220SIS的电源的温度低。

使用TO-220SIS封装MOSFET的PFC电源

使用TOLL封装MOSFE的紧凑型PFC电源

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