【導讀】本文對于DC-DC直流模塊電源的拓撲選擇模式進行了介紹,從基本的三種主模式開始逐漸延伸出多種拓撲結構,是較為基礎的一篇電源知識類文章。相信在閱讀過本文后,對于DC-DC直流模塊拓撲選擇比較疑惑的朋友能夠找到自己滿意的答案。
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(wǎng)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(xiàn),且性能更佳。
此處說的DC-DC模塊電源,應該指的是工業(yè)、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(guī)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(lián)均流實現(xiàn)),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(wěn)壓的,若需要穩(wěn)壓,則需要在模塊里面加入線性穩(wěn)壓線路;
常規(guī)反激(包括IC控制的反激和RCC)
用于模塊電源中的常規(guī)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(xiàn);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(yōu)點是便宜,但它對器件的一致性要求太高,而且還是變頻的,并不太適合用來制造高性能模塊電源,早年的模塊電源有人用過,現(xiàn)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(guī)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(yōu)點,但技術復雜,同步整流也不好搞定,所以盡管它的優(yōu)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(yōu)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(jīng)過十幾年的發(fā)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(yè)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(yōu)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(shù)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(lián)冗余能力。
LLC
模塊電源里的LLC,多用于bus-converter,且開環(huán)定頻控制,一般設計時,讓Lm>>Lr,可以實現(xiàn)ZVS/ZCS,可以獲得非常高的效率,比如vicor的正弦振幅變換器,可以做到變態(tài)的滿載98%效率,(400V輸入/1700W輸出/尺寸相當于一個打火機大?。?/div>
兩級架構
最早出現(xiàn)于synqor的專利,Buck+推挽或Buck+交錯正激(Vicor也有個類似的專利,Buck+LLC),兩級架構的思路非常巧妙,它大大拓寬了常規(guī)變換其的應用場合,并且降低成本,感興趣的話可搜一下syqor或vicor的專利,或上它的官網(wǎng)上看看。
其他
不對稱半橋(具有ZVS特性),雙管正激,應用于bus-converter中的非調整半橋/半調整半橋,ATCA架構等。