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高功率密度二次電源模塊是目前發展最快的電源產品之一。對于DC/DC低壓大電流輸出，副邊采用同步整流的有源箝位正激變換器雖有一定優點，但卻是一個使許多公司遭遇很大損失的美國專利。本文從現有高功率密度二次模塊實現的方法出發，提供一些對此類產品的開發思路和產品優化方案。 1、引言 DC/DC二次電源是發展最為迅速的高頻開關電源。它主要為通信單板上的各種IC供電，其趨勢是低電壓，大電流，低厚度，高功率密度和高效率等等。產品有小功率非標準品和中大功率標準品兩類，后者是目前發展的方向，如全磚，半磚，1/4磚和1/8磚。標準產品的功率密度愈來愈高，輸出電壓愈來愈低，輸出電流愈來愈大，產品工藝愈來愈難。 一個生產DC/DC二次電源模塊的公司，必須具有快速的產品響應能力，方能適應通信客戶迅速增長的需求。前幾年，不少電源公司在開發DC/DC標準磚類產品中，一般會選擇有源箝位正激電路作為主電路，用鋁基板作為主工藝，原因是有太多的文獻對。 有源箝位正激電路作了正面介紹，這些文獻對有源箝位正激變換器的優點描述如下： （1）因輔助開關SA，使變壓器的激磁能量得以回饋和利用； （2）變壓器的充分去磁和I，III象限工作可減小變壓器的體積； （3）無開關電壓尖峰，消除了吸收電路； （4）可工作在大于0.5的占空比范圍，從而可提高變壓器變比（ Np : Ns ）,減小原邊開關和變壓器的導電損耗；減小付邊二極管的反向電壓從而減小其導電損耗；減小濾波電感L 的大小等等； （5）低壓大電流輸出時，副邊整流用的MOSFET能方便同步地進行自驅動。要將該電路做成一個好的產品，并不是一件容易的事情，原因是它的動態關系復雜，動態指標難以優化，尤其在大動態時，非常容易損壞輔管。與其類似的專利是互補驅動半橋電路，它也是一個美國專利，也有同樣的動態問題，而且在輕載時非常容易損壞管子。 2、現有高功率密度二次模塊產品方案的原理和優點 標準DC/DC二次電源（半磚，1/4 磚）模塊，采用了Buck與DC/DC變壓器相級聯的兩級電路方案，如圖（1）所示。初一看，這個方案比單級方案（如有源箝位正激電路）的元器件數要多，不太合理。但通過分析，可以發現：其功率器件的總數并沒有增加（因為在低壓大電流輸出的應用場合，輸出同步整流MOSFET即使在單級方案中也要多個并聯才能實現效率指標）；磁芯和電容元件的總面積也沒有增加（因為可以用更小的磁芯和電容）。但由于兩級方案容易優化和設計，故模塊的電氣性能得到了極大的改善，具體分析見下面的介紹。 
圖1：SynQor方案的實現---Buck+DC\DC變壓器 這個方案的第一級是一個同步整流Buck 變換器，它將不穩定的輸入電壓，調整到后級DC/DC變壓器所合適的輸入電壓，通過反饋輸出和誤差放大等，去控制Buck變換器的PWM占空比，從而穩定輸出。DC/DC變壓器的電路和工作波形如圖2 所示：
圖2：DC\DC變壓器的電路和電路波形 原邊兩個主管S1和S2采用方波控制，各自的占空比為50%，且互補。有下列穩態關系： Vo=V1/N， 其中N=Np/Ns 又因為V1=dVin，所以兩級總的輸入輸出關系為：Vo=dVin/N。這個關系與正激電路是相同的。 從圖中可知，其副邊同步整流的驅動電壓為2Vo，是與負載和輸入電壓無關的常數。對這種方案進行仔細分析后，可 知其有如下優點： （1）因輸入MOSFET的最大耐壓為Vinmax，輸出MOSFET的最大電壓為2Vomax，故所有功率器件全部可用SO-8 封裝； （2）因DC/DC變壓器由兩個鐵芯實現，故大電流輸出時副邊PCB連線的導電損耗可大大減少； （3）由于電感放在原邊，故其設計更加容易，同時也減少了放在副邊時的導電損耗； （4）副邊MOSFET的自驅動很容易，且其驅動電壓固定； （5）最大工作占空比的設計可由DC/DC變壓器的變比決定，非常靈活； （6）電路的動態性能優越，環路容易設計和補償； （7）可方便多層PCB的布板，更易提高模塊的功率密度，等等。 綜上所述 ，這種方案在那些寬輸入電壓范圍，高功率密度，低厚度，低電壓大電流輸出的應用場合（如半磚，1/4磚模塊）具有很多單級電路所沒有的優點，可以獲得更高的效率，更好的動態，更高的功率密度和更高的可靠性。 3、現有高功率密度二次模塊產品方案的創新點 此方案實際上是非常簡單的兩級電路的級聯。它的創新點是敢于挑戰傳統單級電路的框框，從不同的角度考慮產品的實現。實際上，兩級PFC與單級PFC是極為類似的例子，在AC/DC研究中，大家已逐漸認識到：單級PFC可能是一個誤區，兩級才是AC/DC產品開發的最好選擇。在DC/DC研究中，尤其是寬輸入范圍，低壓大電流輸出的那些場合，我認為有同樣的問題存在，但是在此方案提出以前，大家都沒有往這個方面去想。所以這種想法是更實際的想法，是真正的創新。 作為一個電源產品的開發，實際上是對一個多變量系統進行優化與折衷的過程，所以創新就是一種更全面解決問題的方法。如果能用最簡單的電路實現，那么便是最好的創新。此方案的創新點正在于此。他們的方案看起來非常簡單，以至于許多人都會忽略掉，但其變成產品后，且具有最好的性價比。 4、結論 本文從介紹現有高功率密度二次模塊模塊實現的新方法出發，對思路，創新和產品的優化作了比較。希望電源開發人員不要拘泥于傳統的觀點和思路，要從多個角度考慮問題。 |
