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dc-dc直流模块电源的基础拓扑介绍

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2020-06-15

模块电源主要分为ac-dc和dc-dc两种。对于ac-dc模块电源,无论是网络上还是实际电源设计上都有不少的探讨,反倒是dc-dc模块电源的相关资料较少。本文对dc-dc模块电源拓扑电路进行梳理,是一篇基础的电源知识类文章。

 

这里说的dc-dc模块电源指工业、轨道交通、通信、军事等领域用的嵌入式模块电源,这类电源追求的是高功率密度、高效率及高可靠性。就目前而言,对成本虽有要求,但远没有常规的ac-dc模块电源那么敏感。且为了达到高性能,一般不会像ac-dc模块电源那样,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

 

一般流行于市面上的隔离型dc-dc模块电源,功率等级基本在1kw以内,功率再大一点的,可通过多模块电源并联均流实现。输入电压范围从2.5v650v不等,输出电压则从1v60v不等。模块电源在设计时,对拓扑的选择主要从输入、输出、功率等级这三个方面考虑。

 

1royer(自激推挽)

一般用于低输入电压的场合(如2.5v5v),且功率不大(如2w以内),另外royer是非稳压的,若需要稳压,则需要在模块电源里面加入线性稳压线路。用于模块电源中的常规反激(包括ic控制的反激和rcc),一般功率不超过50w,输入电压覆盖9v1000v,均有模块电源产品出现。

 

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模块电源大多用这种拓扑。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,并不太适合用来设计高性能模块电源。

 

2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,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,几乎每一家做模块电源的企业都会用到这种拓扑,输出电压从1v15v均有。

 

3硬开关半桥(全桥)

常见于低压大功率的模块电源,如低压半砖模块电源、全砖模块电源,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。

 

4移相全桥(psfb

在高压大功率dc-dc模块电源,主要用这种拓扑,dc-dc模块电源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psfbdc-dc模块电源产品基本参数为:输入200v-400v或输入400v- 650v、输出600w800w1000w、尺寸多为标准全砖尺寸,有完善的保护机制,多模块并联冗余能力。

 

5llc

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正弦振幅变换器,可以做到满载98%效率,400v输入,1700w输出,尺寸相当于一个打火机大小。


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