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如何精簡供電系統(tǒng)設計:高性能AC前端有辦法

發(fā)布時間:2013-01-16 責任編輯:abbywang

【導讀】對于在設計一個穏壓的AC-DC轉換器的同時,還要包括功率因素校正(PFC)功能,這是一項非常艱巨的工作。最棘手的,莫過于在全球電網輸入電壓范圍,即由85 Vrms至264 Vrms范圍內,都能夠維持良好的性能。究竟如何能精簡供電系統(tǒng)的設計呢?


根據過往的經驗,設計穏壓的AC-DC轉換器都需要在轉換效率與功率因素校正之間折沖權衡。此外、在散熱管理及配定有源和磁性組件的指標時,也都需要照顧到最惡劣的操作情況, 加大了設計難度。

在產品地區(qū)化, 只提供當地市電電的產品是一些OEM生產廠家的折沖方法,但并非最理想的選擇。

現在, 有一種自適應單元拓樸(Adaptive Cell)技術, 采用雙箝位零電壓開關(DC-ZVS)技術,超越AC-DC功率轉換傳統(tǒng)技術的局限,兼?zhèn)渥吭叫阅芗皯煤喗輧纱髢?yōu)點。

DC-ZVS拓樸包括一個全橋的初級側和次級側的單端整流器(見圖1),電感器是能量傳輸的主要元素,它有兩個不同的線圈;電容器是次級側的儲能組件。在這三個拓樸階段,這些元素(包括精準的開關時間)保證了每個開關過渡均在零電流或零電壓瞬間進行,固此,縱便開關頻率非常高,仍能把開關損耗降至最低。

圖1: DC-ZVS轉換器架構簡化示意圖
圖1: DC-ZVS轉換器架構簡化示意圖

另一個優(yōu)勝的地方是,每個開關過渡均保證不帶過壓瞬態(tài)。加在初級開關的反向電壓最高亦不會超過輸入電壓的峰值,因此這拓樸內可以采用額定值更低的開關器件 。因此,可以選擇最配合、最有利的數值,達到更低傳導功耗,更低驅動電流和高功率密度等效果。

自適應單元 “Adaptive Cell”實現了一個動態(tài)方法來管理兩個相同的DC-ZVS轉換器,無論輸入線壓的波動,均能維持最高效率。轉換器的輸出是并聯(lián)的。輸入側可以是串聯(lián)或并聯(lián)(圖2)。耦合的電感共享一個核芯,初級側配電鏈以一個共同控制器調節(jié),結果是在任何應用條件,單元與單元之間更對稱,處理能量更均等。

圖2: 自適應單元(Adaptive Cell)動態(tài)結構簡化示意圖
圖2: 自適應單元(Adaptive Cell)動態(tài)結構簡化示意圖

DC-ZVS和自適應單元拓樸有以下幾項優(yōu)點:

轉換效率不受輸入電壓影響
高關關頻率,可以采用細小的濾波器;噪聲頻譜更容易濾掉
出色的功率因素校正(即使在低線壓),減少PFC損耗
優(yōu)化線-電流波型,改善PFC及整體供電質量,減少諧波
符合SELV安全規(guī)格
隔離、可靠的磁性耦合(比光耦優(yōu)勝)
符合國際EMI及EMC標準

Vicor的VI BRICKAC前端,同時采用了DC-ZVS和自適應單元拓樸。它是一個330W,帶PFC及內置整流、濾波和瞬變保護的AC-DC轉換器,可在85V-264V全球輸入電壓范圍內操作。輸出PFC穩(wěn)壓48Vdc電壓。

VI BRICK AC前端的功率密度是121W/in3 (7.5 W/cm3),薄身,高度只有9.55mm。板面面積只有一張名片大小。在整個輸入電壓范圍內,效率仍然保持在高水平,峰值效率 >92%?;宀僮鳒囟扔?55°C至100°C,有C級、T級及M級三款:

圖3: Vicor的VI BRICK AC前端展現了DC-ZVS的優(yōu)點
圖3: Vicor的VI BRICK AC前端展現了DC-ZVS的優(yōu)點

圖4:VI BRICK AC前端
圖4:VI BRICK AC前端
 

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