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直流模塊電源中如何成功選擇拓撲
2020-03-28 10:31:50
較為常見的
模塊電源
分為
AC-DC
與
DC-DC
兩種。關于
AC-DC
模塊電源
,無論是網絡上還是實際電源設計上都有不少的探討,反倒是
DC-DC
模塊電源
的相關資料卻較少。本文就將針對這種情況,對
DC-DC
模塊電源
進行梳理,為大家分析出哪種拓撲電路更加容易實現,且性能更佳。
此處說的
DC-DC
模塊電源
,應該指的是工業、軌道交通、通信、軍事上用的嵌入式
模塊電源
,這類電源追求的是高可靠性、高功率密度、高效率,就目前而言,
對成本雖有要求,但遠沒有常規的
AC-DC
那么敏感。且為了達到高性能,一般不會像
AC-DC
那樣,
DC-DC
模塊電源
在設計時,為方便設計的靈活性,不
太用集成度高的
IC
。
一般而言,流行于市面上的
DC-DC
模塊電源
(隔離型),功率等級基本在
1kw
以內(功率再大一點的,可通過多模塊并聯均流實現),輸入電壓范圍從
2.5V
到
650V
不等,輸出電壓則從
1V
到
60V
不等,而模塊在設計時,對拓撲的選擇主要從這三方面考慮了:輸入、輸出、功率等級。
Royer
(自激推挽)
一般用于低輸入電壓的場合(如
2.5V
,
5V
),且功率不大(如
2W
以內),另外
Royer
是非穩壓的,若需要穩壓,則需要在模塊里面加入線性穩壓線路;
常規反激(包括
IC
控制的反激和
RCC
)
用于
模塊電源
中的常規反激,一般功率不超過
50W
,輸入電壓覆蓋
9V
到
1000V
,均有模塊產品出現;同步整流技術是反激變換器設計中的一個難點,也是專
利壁壘比較多的一個點,市場上的小功率
DC-DC
模塊大多用這種拓撲;至于
RCC
,最大的優點是便宜,但它對器件的一致性要求太高,而且還是變頻的,并不
太適合用來
**
高性能
模塊電源
,早年的模
塊電源有人用過,現在用的人越來越少了。
有源鉗位反激
/
有源鉗位正反激
有源鉗位反激是有源鉗位技術與常規反激變換器結合的產物,開關管應力低,效率高,
EMI
特性好是它的優點,但技術復雜,同步整流也不好搞定,所以盡管它的
優點很多,但市場上用這種拓撲做產品的并不多見;至于有源鉗位正反激技術,比有源鉗位反激技術更復雜,正反激最大的優點就是輸出紋波小,尤其是
0.5duty
時理論紋波為零,可在一些高性能
DC-DC
模塊電源
中見到這種拓撲;
有源鉗位正激,最開始是
vicor
的專利拓撲,
2003
年專利到期,經過十幾年的發展,可以說是
模塊電源
里最著名也是最成熟的一個拓撲了,常用于
50W---200W
功率等級,輸入電壓不超過
100V
的場合,幾乎每一家做模塊的企業都會用到這種拓撲,輸出電壓從
1V
到
15V
均有。
硬開關半橋(全橋)
常見于低壓大功率的模塊,如低壓半磚模塊、全磚模塊,一般介于
200W---800W
之間,也有人用作高壓輸入模塊,如
200V---400V
輸入,但不多見。
移相全橋(
PSFB
)
大概
90
年代開始流行,玩大功率的應該很熟,在高壓大功率
DC-DC
模塊,主要用這種拓撲了(
DC-DC
模塊一般輸入電壓比較寬,
LLC
雖有效率上的優
勢,但在寬輸入電壓范圍應用場合不合適),市面上能夠見到的用
PSFB
的
DC-DC
模塊產品基本參數為:輸入
200V--400V
(或輸入
400V--- 650V
)、輸出
600W
、
800W
、
1000W
、尺寸多為標準全磚尺寸,完善的保護機制,多模塊并聯冗余能力。
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