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完成高功率密度二次模块的办法

DC/DC二次电源是发展最为迅速的高频开关电源。它主要为通信单板上的各种IC供电,其趋势是低电压,大电流,低厚度,高功率密度和高效率等等。产品有小功率非标准品和中大功率标准品两类,后者是目前发展的方向

  DC/DC二次电源是开展最为敏捷的高频开关电源。它主要为通讯单板上的各种IC供电,其趋势是低电压,大电流,低厚度,高功率密度和高功率等等。产品有小功率非规范品和中大功率规范品两类,后者是现在开展的方向,如全砖,半砖,1/4 砖和1/8 砖。规范产品的功率密度愈来愈高,输出电压愈来愈低,输出电流愈来愈大,产品工艺愈来愈难。

  一个出产DC/DC 二次电源模块的公司,有必要具有快速的产品呼应才干,方能习惯通讯客户敏捷增长的需求。前几年,不少电源公司在开发DC/DC 规范砖类产品中,一般会挑选有源箝位正激电路作为主电路,用铝基板作为主工艺,原因是有太多的文献对

  有源箝位正激电路作了正面介绍,这些文献对有源箝位正激变换器的长处描绘如下:

  (1)因辅佐开关SA ,使变压器的激磁能量得以回馈和使用;

  (2)变压器的充沛去磁和I,III象限作业可减小变压器的体积;

  (3)无开关电压尖峰,消除了吸收电路;

  (4)可作业在大于0.5 的占空比规模,然后可进步变压器变比( Np : Ns ),减小原边开关和变压器的导电损耗;减小付边二极管的反向电压然后减小其导电损耗;减小滤波电感L 的巨细等等;

  (5)低压大电流输出时,副边整流用的MOSFET 能便利同步地进行自驱动。要将该电路做成一个好的产品,并不是一件简略的作业,原因是它的动态联系杂乱,动态目标难以优化,尤其在大动态时,十分简略损坏辅管。与其相似的专利是互补驱动半桥电路,它也是一个美国专利,也有相同的动态问题,并且在轻载时十分简略损坏管子。

  现有高功率密度二次模块产品计划的原理和长处

  规范DC/DC 二次电源(半砖,1/4 砖)模块,选用了Buck 与DC/DC 变压器相级联的两级电路计划,如图(1)所示。初初一看,这个计划比单级计划(如有源箝位正激电路)的元器材数要多,不太合理。但经过剖析,能够发现:其功率器材的总数并没有添加(因为在低压大电流输出的使用场合,输出同步整流MOSFET 即便在单级计划中也要多个并联才干完成功率目标);磁芯和电容元件的总面积也没有添加(因为能够用更小的磁芯和电容)。但因为两级计划简略优化和规划,故模块的电气功能得到了极大的改进,具体剖析见下面的介绍。

  这个计划的榜首级是一个同步整流Buck 变换器,它将不安稳的输入电压,调整到后级DC/DC 变压器所适宜的输入电压,经过反应输出和差错扩大等,去操控Buck 变换器的PWM占空比,然后安稳输出。DC/DC 变压器的电路和作业波形如图2 所示:

  原边两个主管S1 和 S2 选用方波操控,各自的占空比为50%,且互补。有下列稳态联系:

  Vo=V1/N, 其间N=Np/Ns

  又因为V1=dVin,所以两级总的输入输出联系为:Vo=dVin/N。这个联系与正激电路是相同的。

  从图中可知,其副边同步整流的驱动电压为2Vo,是与负载和输入电压无关的常数。对这种计划进行仔细剖析后,可知其有如下长处:

  (1)因输入MOSFET 的最大耐压为Vinmax,输出MOSFET 的最大电压为2Vomax,故一切功率器材悉数可用SO-8 封装;

  (2)因DC/DC 变压器由两个铁芯完成,故大电流输出时副边PCB 连线的导电损耗可大大削减;

  (3)因为电感放在原边,故其规划愈加简略,一起也削减了放在副边时的导电损耗;

  (4)副边MOSFET 的自驱动很简略,且其驱动电压固定;

  (5)最大作业占空比的规划可由DC/DC 变压器的变比决议,十分灵敏;

  (6)电路的动态功能优越,环路简略规划和补偿;

  (7)可便利多层PCB 的布板,更易进步模块的功率密度,等等。

  综上所述 ,这种计划在那些宽输入电压规模,高功率密度,低厚度,低电压大电流输出的使用场合(如半砖,1/4 砖模块)具有许多单级电路所没有的长处,能够获得更高的功率,更好的动态,更高的功率密度和更高的可靠性。

  现有高功率密度二次模块产品计划的立异点

  此计划实践上是十分简略的两级电路的级联。它的立异点是勇于应战传统单级电路的框框,从不同的视点考虑产品的完成。实践上,两级PFC 与单级PFC 是极为相似的比如,在AC/DC 研讨中,我们已逐步认识到:单级PFC 可能是一个误区,两级才是AC/DC产品开发的最好挑选。在DC/DC 研讨中,尤其是宽输入规模,低压大电流输出的那些场合,我认为有相同的问题存在,可是在此计划提出曾经,我们都没有往这个方面去想。所以这种主意是更实践的主意,是真实的立异。

  作为一个电源产品的开发,实践上是对一个多变量体系进行优化与折衷的进程,所以立异就是一种更全面解决问题的办法。假如能用最简略的电路完成,那么就是最好的立异。此计划的立异点正在于此。他们的计划看起来十分简略,以至于许多人都会疏忽掉,但其变成产品后,且具有最好的性价比。

  定论

  本文从介绍现有高功率密度二次模模块完成的新办法动身,对思路,立异和产品的优化作了比较。期望电源开发人员不要拘泥于传统的观念和思路,要从多个视点考虑问题。

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