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模塊電源主要分為AC-DC和DC-DC兩種。對(duì)于AC-DC模塊電源,無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)上還是實(shí)際電源設(shè)計(jì)上都有不少的探討,反倒是DC-DC模塊電源的相關(guān)資料較少。本文對(duì)DC-DC模塊電源拓?fù)潆娐愤M(jìn)行梳理,是一篇基礎(chǔ)的電源知識(shí)類(lèi)文章。
這里說(shuō)的DC-DC模塊電源指工業(yè)、軌道交通、通信、軍事等領(lǐng)域用的嵌入式模塊電源,這類(lèi)電源追求的是高功率密度、高效率及高可靠性。就目前而言,對(duì)成本雖有要求,但遠(yuǎn)沒(méi)有常規(guī)的AC-DC模塊電源那么敏感。且為了達(dá)到高性能,一般不會(huì)像AC-DC模塊電源那樣,DC-DC模塊電源在設(shè)計(jì)時(shí),為方便設(shè)計(jì)的靈活性,不太用集成度高的IC。
一般流行于市面上的隔離型DC-DC模塊電源,功率等級(jí)基本在1kw以內(nèi),功率再大一點(diǎn)的,可通過(guò)多模塊電源并聯(lián)均流實(shí)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。模塊電源在設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)拓?fù)涞倪x擇主要從輸入、輸出、功率等級(jí)這三個(gè)方面考慮。
1、Royer(自激推挽):
一般用于低輸入電壓的場(chǎng)合(如2.5V,5V),且功率不大(如2W以內(nèi)),另外Royer是非穩(wěn)壓的,若需要穩(wěn)壓,則需要在模塊電源里面加入線性穩(wěn)壓線路。用于模塊電源中的常規(guī)反激(包括IC控制的反激和RCC),一般功率不超過(guò)50W,輸入電壓覆蓋9V到1000V,均有模塊電源產(chǎn)品出現(xiàn)。
同步整流技術(shù)是反激變換器設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn),也是專利壁壘比較多的一個(gè)點(diǎn),市場(chǎng)上的小功率DC-DC模塊電源大多用這種拓?fù)洹?span>至于RCC,最大的優(yōu)點(diǎn)是便宜,但它對(duì)器件的一致性要求太高,而且還是變頻的,并不太適合用來(lái)設(shè)計(jì)高性能模塊電源。
2、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(shù)與常規(guī)反激變換器結(jié)合的產(chǎn)物,開(kāi)關(guān)管應(yīng)力低,效率高,EMI特性好是它的優(yōu)點(diǎn)。但技術(shù)復(fù)雜,同步整流也不好搞定,所以盡管它的優(yōu)點(diǎn)很多,但市場(chǎng)上用這種拓?fù)渥霎a(chǎn)品的并不多見(jiàn)。至于有源鉗位正反激技術(shù),比有源鉗位反激技術(shù)更復(fù)雜,正反激最大的優(yōu)點(diǎn)就是輸出紋波小,尤其是0.5duty時(shí)理論紋波為零,可在一些高性能DC-DC模塊電源中見(jiàn)到這種拓?fù)?/span>。
有源鉗位正激,經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,可以說(shuō)是模塊電源里最著名也是最成熟的一個(gè)拓?fù)淞恕?span>常用于50W-200W功率等級(jí),輸入電壓不超過(guò)100V的場(chǎng)合,幾乎每一家做模塊電源的企業(yè)都會(huì)用到這種拓?fù)?,輸出電壓?/span>1V到15V均有。
3、硬開(kāi)關(guān)半橋(全橋):
常見(jiàn)于低壓大功率的模塊電源,如低壓半磚模塊電源、全磚模塊電源,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(jiàn)。
4、移相全橋(PSFB):
在高壓大功率DC-DC模塊電源,主要用這種拓?fù)?,DC-DC模塊電源一般輸入電壓比較寬,LLC雖有效率上的優(yōu)勢(shì),但在寬輸入電壓范圍應(yīng)用場(chǎng)合不合適。市面上能夠見(jiàn)到的用PSFB的DC-DC模塊電源產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)全磚尺寸,有完善的保護(hù)機(jī)制,多模塊并聯(lián)冗余能力。
5、LLC:
模塊電源里的LLC多用于bus-converter,且開(kāi)環(huán)定頻控制,一般設(shè)計(jì)時(shí),讓Lm>>Lr,可以實(shí)現(xiàn)ZVS/ZCS,可以獲得非常高的效率。比如正弦振幅變換器,可以做到滿載98%效率,400V輸入,1700W輸出,尺寸相當(dāng)于一個(gè)打火機(jī)大小。