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DC-DC直流模块电源中容易实现的拓扑选择

作者:广州市爱浦电子来源:原创 日期:2018年5月25日 10:19
        较为常见的电源模块分为AC-DC与DC-DC两种。本文将对DC-DC模块电源进行梳理,为大家分析出哪种拓扑电路更加容易实现,且性能更佳。
 
        此处说的DC-DC模块电源,应该指的是工业、轨道交通、通信、军事上用的嵌入式模块电源,这类电源追求的是高可靠性、高功率密度、高效率,就目前而言,对成本虽有要求,但远没有常规的AC-DC那么敏感。且为了达到高性能,一般不会像AC-DC那样,DC-DC模块电源在设计时,为方便设计的灵活性,不太用集成度高的IC。
 
        一般而言,流行于市面上的DC-DC模块电源(隔离型),功率等级基本在1kw以内(功率再大一点的,可通过多模块并联均流实现),输入电压范围从2.5V到650V不等,输出电压则从1V到60V不等,而模块在设计时,对拓扑的选择主要从这三方面考虑了:输入、输出、功率等级。
 
Royer(自激推挽)
 
        一般用于低输入电压的场合(如2.5V,5V),且功率不大(如2W以内),另外Royer是非稳压的,若需要稳压,则需要在模块里面加入线性稳压线路;
 
常规反激(包括IC控制的反激和RCC)
 
        用于模块电源中的常规反激,一般功率不超过50W,输入电压覆盖9V到1000V,均有模块产品出现;同步整流技术是反激变换器设计中的一个难点,也是专利壁垒比较多的一个点,市场上的小功率DC-DC模块大多用这种拓扑;至于RCC,最大的优点是便宜,但它对器件的一致性要求太高,而且还是变频的,并不太适合用来制造高性能模块电源,早年的模块电源有人用过,现在用的人越来越少了。
 
有源钳位反激/有源钳位正反激
 
        有源钳位反激是有源钳位技术与常规反激变换器结合的产物,开关管应力低,效率高,EMI特性好是它的优点,但技术复杂,同步整流也不好搞定,所以尽管它的优点很多,但市场上用这种拓扑做产品的并不多见;至于有源钳位正反激技术,比有源钳位反激技术更复杂,正反激最大的优点就是输出纹波小,尤其是0.5duty时理论纹波为零,可在一些高性能DC-DC模块电源中见到这种拓扑;
 
        有源钳位正激,最开始是vicor的专利拓扑,2003年专利到期,经过十几年的发展,可以说是模块电源里最著名也是最成熟的一个拓扑了,常用于50W---200W功率等级,输入电压不超过100V的场合,几乎每一家做模块的企业都会用到这种拓扑,输出电压从1V到15V均有。
 
 
硬开关半桥(全桥)
 
        常见于低压大功率的模块,如低压半砖模块、全砖模块,一般介于200W---800W之间,也有人用作高压输入模块,如200V---400V输入,但不多见。
 
移相全桥(PSFB)
 
        大概90年代开始流行,玩大功率的应该很熟,在高压大功率DC-DC模块,主要用这种拓扑了(DC-DC模块一般输入电压比较宽,LLC虽有效率上的优势,但在宽输入电压范围应用场合不合适),市面上能够见到的用PSFB的DC-DC模块产品基本参数为:输入200V--400V(或输入400V---650V)、输出600W、800W、1000W、尺寸多为标准全砖尺寸,完善的保护机制,多模块并联冗余能力。
 
LLC
 
        模块电源里的LLC,多用于bus-converter,且开环定频控制,一般设计时,让Lm>>Lr,可以实现ZVS/ZCS,可以获得非常高的效率,比如vicor的正弦振幅变换器,可以做到变态的满载98%效率,(400V输入/1700W输出/尺寸相当于一个打火机大小)。
 
两级架构
 
        最早出现于synqor的专利,Buck+推挽或Buck+交错正激(Vicor也有个类似的专利,Buck+LLC),两级架构的思路非常巧妙,它大大拓宽了常规变换其的应用场合,并且降低成本,感兴趣的话可搜一下syqor或vicor的专利,或上它的官网上看看。
 
其他
        不对称半桥(具有ZVS特性),双管正激,应用于bus-converter中的非调整半桥/半调整半桥,ATCA架构等。
 
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