下一代48伏分布式电源架构的电源设计
如果要保留紧凑砖型模式的同时缩减电源尺寸,就会遇到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问题。本文就是介绍针对这一问题所展开的既可以节省空间又能够简化48V分布式电源架构(DPA)应用的前端设计方法。
为了在保留紧凑砖型模式的同时缩减电源尺寸,电源制造商必须降低砖型模块的高度,并(或)尽量将外部的供电元件移至砖型模块内部。但同时采取上述两种做法却给电源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。
为了解决这些挑战,西恩迪技术(C&D)公司电力电子部的工程师们的目标是创造一种600瓦的砖型模块原型,既可以节省空间又能够简化48V分布式电源架构(DPA)应用的前端设计。
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。
电子工程师们十分熟悉一条自然定律：器件的额定电压越高,其开关速度就越慢。正因为如此,SiC二极管(额定电压为600伏或以上,可轻松的在升压电源电压下工作,而减缓开关速度的电容极小)所呈现的解决方案几乎就像魔术一样解决了大幅度降低热量的难题,以往这些热量需要靠基底和散热片散发。因此,C&D公司选择SiC二极管进行原型设计,利用其在极高频率下工作的能力,为它提供所需要的保护。
低损耗拓扑架构
对热性能的严格要求可以通过在转换器内尽量减少开关损耗得以缓解。全桥式转换器所使用的模块化方法对损耗的产生有重大影响。对这一问题的了解促进了中间总线DC/DC转换器设计的变化,但是直到现在,这些变化还未被应用于AC/DC转换阶段。
传统上,四桥式开关由输出电压控制信号所产生的逻辑信号调制脉宽。原型产品的砖型设计选择了一种稍微不同的技术,如图1所示。这种拓扑结构通过一个恒定占空比来开关主侧面桥开关,允许在几乎零触发电压的情况下进行恒定频率操作(按几乎为最大的占空比运行),因而大大降低了开关损耗。
图1
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
