DC-DC模塊電源的核心技術(shù)

  模塊電源的技術(shù)含量不僅表現在它也需要芯片和線(xiàn)路版，更是表現在技術(shù)設計和工藝設計方面。模塊電源是個(gè)裝配技術(shù)，這說(shuō)明了工藝設計和新電路、新器件應用同樣重要。從模塊電源的發(fā)展進(jìn)程可以清楚地知道電路技術(shù)和器件進(jìn)步起到了關(guān)鍵的推動(dòng)作用，這今天仍很重要。特別需要提出的是，一個(gè)好的模塊電源，其技術(shù)的設計和工藝一定是優(yōu)秀的。如電路遠見(jiàn)布局，多層板設計和高頻變壓器結構設計等，他將會(huì )直接影響性能。在某一個(gè)發(fā)展階段，可能主要依靠技術(shù)設訓和工藝改進(jìn)求得進(jìn)步。模塊電源需求持續向高功率密度、高效率和高電流低電壓方ruJ發(fā)展。在技術(shù)實(shí)現上， 目前隔離模塊的設計主要還是采用單端反激、單端IF激、正反激組合、推挽、橋式變換等傳統的電路拓撲，非隔離模塊采用BUCK、BOOST等。為了提高效率可以結合各種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，包括無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，如ZVS／ZCS諧振、準諧振；恒頻零開(kāi)關(guān)技術(shù)；零電壓、零電流轉換技術(shù)及同步整流技術(shù)；為了提高輸出電流采用多相變換。如何組合、優(yōu)化這些技術(shù)來(lái)實(shí)現高功率密度和高效率是模塊電源設計的主要挑戰。以DC／DC模塊電源來(lái)說(shuō)，當前已經(jīng)可以實(shí)現IOOW 的1／8磚模塊電源，要進(jìn) 一步在1／16磚產(chǎn)品上實(shí)現100W的功率拓展產(chǎn)品應用領(lǐng)域，必須進(jìn)一步提高效率。系統設備通常留給模塊電源的空間十分有限，有些系統是封閉式腔體，散熱是必須首先需要考慮的問(wèn)題，提高電源效率、降低熱損耗關(guān)系到模塊電源乃至整個(gè)系統的可靠工作。

1.多相(PolyPhase)技術(shù)

傳統的單相方法依賴(lài)于若干并聯(lián)的MOSFET，要用笨重的電感來(lái)保證所要求的大電流。這會(huì )造成MOSFET中很高的開(kāi)關(guān)損耗，以及電感和MOSFET焊盤(pán)上的電流擁塞現象，有可能影響PCB的可靠性。由于效率和開(kāi)關(guān)頻率較低，輸出端就必須采用更大的電感，導致瞬態(tài)響應變慢。多相技術(shù)則基于現有的電源元件，其性能優(yōu)十單相電路，特別是電源電流超過(guò)20A時(shí)。該技術(shù)通過(guò)將若干并聯(lián)的功率級電路的相位進(jìn)行交替組合，在電源輸入和輸出端實(shí)現紋波電流的相互抵消，從而顯著(zhù)地提高了性能，降低了成本。

· 紋波電流的相互抵消可以減小輸入電容、輸出電容和電感的尺寸和成本。

· 輸入紋波電流的相互抵消減少了輸入噪聲，使之特別適用于采用3．3V電源的應用場(chǎng)合。

· 能響應更快的負載瞬時(shí)變化，因為對瞬態(tài)過(guò)程而言，各輸電感可等效地視作并聯(lián)的等效電感的減小提高了輸出電流的換向速率。

· 由于開(kāi)關(guān)的損耗更低，電流分配更均勻，效率也得到了提高。這有助于減小發(fā)熱，改善系統整體的可靠性。

2.同步整流和次級邊控制技術(shù)

有些通信系統用低電壓、大電流電源從一48V底板上饋電。為了實(shí)現電氣隔離，必須采用變壓器進(jìn)行耦合。副邊處整流器的電導損耗是這些電源產(chǎn)生功率損耗的主要原因。實(shí)現同步整流可以顯著(zhù)減小這些功率損耗。由于在某些工作條件下自驅動(dòng)同步整流可靠性較低，岡此在可靠性要求很高的通信系統中，應該選用外部驅動(dòng)技術(shù)。傳統的隔離電源設計使用原邊控制，輸出誤差反饋電壓通過(guò)光耦合器傳遞到原邊的控制器，其相應的環(huán)路帶寬很窄(約數kHz)。這種結構對負載瞬時(shí)變化的響應速度很慢。 一種替代技術(shù)是副邊PWM 控制或后調壓控制，在250kHz的開(kāi)關(guān)速率下，能達~1]>50kHz的環(huán)路帶寬。

3.軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

軟開(kāi)關(guān)技術(shù)理論上可使開(kāi)關(guān)損耗降為零。應用各種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)(包括無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù))可以減少開(kāi)關(guān)損耗，提高效率。 各種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，如ZVS／ZCS-PWM (零電壓／零電流) 、VT／ZCT-PWM、移相全橋ZVS-PWM、有源箝位ZVS-PWM 等的開(kāi)發(fā)和應用都有較大的發(fā)展。在實(shí)際應用中，可使目前的各種電源模塊的變換效率由80％提高到90％以上，達到高頻、高效的功率變換。Vicor公司的48V／600W 直流電源模塊采用高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，功率密度達120W／立方英寸，效率達90％。SynQor公司的PowerQor DC／DC模塊是一種模塊化、表面貼裝型、采用同步整流技術(shù)以達到高效的固定開(kāi)關(guān)頻率轉換器，可在較寬的負載范圍內實(shí)現高達90％的效率。