电源适配器

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48v分布式电源构架的电源设计

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来源:何先生 发布时间:2017-03-29 11:39:35
在保留紧凑砖型模式的前况下同时缩减电源尺寸,电源制造商必须降低砖型模块的高度,并尽量将外部的供电元件移至砖型模块内部。同时采取上述两种做法却给设计者带来了诸多挑战,其中包括:如何处理高功率密度所需的散热问题,如何将所有必要组件集成在有限的空间内等等。               
碳化硅半导体       
通过升压转换器集成满足EN61000-3-2要求的有源PFC是原型设计的一个主要目标。设计的难点在于:为了将模块高度保持在标称半英寸高模块的公差范围内,很明显需要使用的开关频率将大大高于离散PFC阶段通常所具有的开关频率。这意味着,为了让PFC级满足规格要求并且将功耗减至最低,需要复合缓冲电路或一系列肖特基二极管的保护。不幸的是,这两种作法所需要的空间都违背了原型设计的微型化目标。好在设计人员已经找到了一种解决方法,即最新的碳化硅(SiC)半导体技术。       
低损耗拓扑架构       
采用这种拓扑架构可以确保输出电感足够小。在应用于DC/DC中间总线转换器时,使用次级侧面开关调制输出电感器的伏特-秒可以获得闭环调整。但是新的解决方案不需要闭环调整,因为前端的有源PFC将提供足够稳定的380伏输入以产生充分调整的48伏直流电压输出,而无需使用闭环控制。实际上这种输出是“半调整”式的,但这已经足够,因为由AC/DC电源供电的DC/DC转换器本身将进行调整。以这种方式运行全桥开关会导致输出后整流器占空比在90%左右,从而可以极大缩小输出电感器的尺寸。这种方法是可行的,因为在这个设计中关闭时间(在这期间电感器处于运行状态)被降至最低。       
平面变压器             
越来越多的DC/DC转换器设计者开始转而采用平面变压器来增强电性能和热性能,以及显著缩小物理尺寸,而这一举措在AC/DC装置中并不常见。但是,随着对带有两个原级和三个次级(且有高度限制)转换器要求的出现,在确认平面式技术是满足高度要求的最恰当技术后,其它可行的选择就包括完全嵌入式变压器、嵌入/独立混合式变压器以及完全离散的独立式变压器。       
尽管完全嵌入式变压器空间有效,并且拥有高功率密度和优秀的热性能,但是它们并不适于该应用,因为无法在其结构中加入足够的铜。
集成浪涌控制             
这种作法也提供胜于热敏电阻等方法的保护功能。输入电压不再以这种方式下降。仍会发生浪涌现象,但浪涌会降低至可接受的水平。这也有助于保险丝的选择,因为浪涌电流的有效值小于稳态电流。尽管电流脉冲可能会很大(仅受到电源和输入滤波器阻抗的限制),浪涌均方根值(是选择保险丝或断路器时的关键参数)还是完全位于可能会使用的最小装置的性能范围之内。并且,因为这一最新的浪涌控制机制,保险丝可以是高熔断类型中最常见的“F”型(快熔型)。       
绝缘金属基板(IMS)       
即使假设通过采用提高效率的方式(例如直流/直流转换器常用的方式)可以达到高于平均值的效率,我们的输出率和效率目标也表明原型设计必须在全负载时能够散发高达100瓦的热量。通过以热耦合方式耦合至散热片或其它散热表面,可以有效地将原型产品基板上的热量散去。这里的问题是如何将组件的热量通过印刷电路板转移至基板。特别要注意的是,很明显使用传统的FR4 印刷电路板材料无法满足散热要求。但是另一种选择,绝缘金属基板(IMS)技术(铜箔轨和金属基板间夹有一个薄薄的电介质层)却能提供一种满足散热要求的方法。       
关键技术是电介质材料,它必须能够提供良好的导热性和电介质绝缘性。