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【干货】DC-DC电源模块拓扑介绍

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Tasya|  楼主 | 2022-9-13 16:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
电源模块主要分为AC-DC和DC-DC两种。对于AC-DC电源模块,无论是网络上还是实际电源设计上都有不少,倒是DC-DC电源模块的相关资料较少。本文是一篇基础的电源知识类文章,主要是对DC-DC电源模块拓扑电路进行简单梳理。
这里说的DC-DC电源模块指工业、轨道交通、通信、军事等领域用的嵌入式电源模块,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电源模块那么敏感。且为了达到高性能,一般不会像AC-DC电源模块那样,DC-DC电源模块在设计时,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电源模块,功率等级基本在1kw以内,功率再大一点的,可通过多电源模块并联均流实现。输入电压范围从2.5V到650V不等,输出电压则从1V到60V不等。电源模块在设计时,对拓扑的选择主要从输入、输出、功率等级这三个方面考虑。
1、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,则需要在电源模块里面加入线性稳压线路。用于电源模块中的常规反激(包括IC控制的反激和RCC),一般功率不超过50W,输入电压覆盖9V到1000V,均有电源模块产品出现。
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电源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,并不太适合用来设计高性能电源模块。
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电源模块中见到这种拓扑。
有源钳位正激,经过十几年的发展,可以说是电源模块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,几乎每一家做电源模块的企业都会用到这种拓扑,输出电压从1V到15V均有。
3、硬开关半桥(全桥):
常见于低压大功率的电源模块,如低压半砖电源模块、全砖电源模块,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。
4、移相全桥(PSFB):
在高压大功率DC-DC电源模块,主要用这种拓扑,DC-DC电源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电源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,有完善的保护机制,多模块并联冗余能力。
5、LLC:
电源模块里的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,上千瓦输出,尺寸相当小。
免责说明:文章整理自网络,仅供学习交流使用。更多电源干货,微信搜索【森木磊石】获取。

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王栋春| | 2022-9-13 22:08 | 显示全部楼层
期待楼主详细的资料分享。        

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