滿足新型高效穩壓器設計的要求
作者：上海穩壓器廠 發布時間：2016-09-23
美國環境保護署的“能源之星(EPA)(Energy Star)計劃正式開始于2007年7月20日,這是最低性能要求的個人電腦在不同荷載作用下。同時,它也為其他設備,包括穩壓器服務器或外部穩壓器(使用在如...美國穩壓器署(EPA)能源之星(Energy Star)計劃正式開始于2007年7月20日,這是不同的荷載規范下的最低效率的個人電腦。同時,它也為其他設備,包括穩壓器服務器或外部穩壓器(使用在如游戲機或筆記本電腦等)等一系列家居設備規劃或制定了類似的要求。由于能源之星在制定和其他國家和地區的同類機構,所以它已在這些國家通過。穩壓器在降低穩壓器消耗的平衡,所以在面對監管標準和消費者的需求較高,重新審查其設計是非常緊迫的。雖然傳統的拓撲結構可以提高,以實現更高效,但它可以清楚地看到,舊的設計的產品,價格會低。在本文中,我們提出了兩種設計方法,可以滿足更有效的要求,并控制目標的成本,并比較它與傳統的拓撲結構。對于一個特定的應用程序拓撲選擇的幾個因素,包括傳統的拓撲結構,輸入電壓范圍是普遍的還是只適用于一個特定區域,輸出電壓是單個或多個(電流大小也是重要的條件),績效目標,尤其是在不同載荷下的性能現在。傳統上,在成本的大規模生產中,設計工程師的拓撲結構和熟悉的組件是易于購買的考慮因素,其他因素也包括設計很容易實現,在穩壓器產業鏈的設計是已知的。傳統的設計方法主要是流行的單或雙開關正向開關的前向開關和半橋結構,結構。滿足當前的需要的一個堅實的解決方案。然而,如上所述,新興的標準需要權力,以實現更高的效率比以前。在過去,一個典型的臺式機穩壓器可以實現最高性能的70%至60%,但現在需要在額定負載的20%或50%的穩壓器和100%可以達到80%的最低。同時,最近似乎能夠實現20%以上的70%個或更多的負載下的性能趨勢,待機功耗可以繼續下降。我們將討論的三種傳統的拓撲結構的優點和缺點,并介紹了兩種新的拓撲結構。1單交換機在圖1這種拓撲結構是相當流行的,主要是由于小數量的組件和設計要求,但對于不同的負載條件下的高效率可以是這種拓撲結構的一個新的挑戰。這種拓撲結構的效率是有限的,當它接近滿負荷或滿載時的50%占空比。在輕負載時,開關損耗主要是由性能差引起的。許多新的設計使用功率因數校正(PFC)前端降低諧波電流,在PFC輸出電壓400 V,單開關正激模式被迫使用超過900 V開關FET的成本,提高。圖1單開關正向擴展2雙開關前圖2是另一個使用一個相當常見的拓撲結構,這是一個升級版本的問題,解決了開關電壓限制。它仍然是一個硬開關電路,具有很高的開關損耗。問題是需要使用柵極驅動穩壓器或芯片的驅動電路來驅動高壓側MOSFET。圖2雙開關前半橋穩壓器3圖3中的一半,是另一個高功率要求的選擇。單或雙開關正激開關和穩壓器電流互感器可以代替,半橋的兩象限和降低原邊FET。穩壓器的結構和輸出整流器比單一的正拓撲結構更復雜,也有高的開關損耗。圖3半橋式拓撲結構電路拓撲結構,以滿足新的更高的性能要求,穩壓器已經開發了一些新的拓撲結構。新的電路拓撲結構不一定是一個新的發明,而是一個新的應用程序的新電路。其中,最重要的兩種拓撲結構的有源箝位正激和雙電感和電容(LLC)。1有源箝位正激有源箝位正激拓撲圖4是一個長時間的軟開關結構,雖然類似的結構和傳統的積極的拓撲結構,但在過去一直被視為一個結構是很難實現的,所以主要的[工業電器網-中國工業電器網]被應用在特殊的領域例如,電信領域。然而,隨著新的集成電路的引入,這種結構的實現變得非常簡單。圖4一個morimi半導體ncp1562有源箝位正激拓撲拓撲結構中,由電容器開關復位串行附屬在全關閉時間的穩壓器主開關,它可以消除無效時間的結構提出了單開關。它的主要優點包括低開關損耗,可以在50%以上的占空比,減少開關上的主電流應力。同時,這種結構還提供了自驅動的同步整流功能,省去了特殊的柵極驅動電路。此外,低電壓MOSFET的價格越來越低,使用MOSFET和同步整流技術已成為實現低電壓大電流整流器的一種可行的方案。利用有源鉗位器件和有源箝位晶體管控制雖然它似乎增加了電路的復雜性,但它可以用于保存緩沖電路、復位電路和較低的總開關的要求得到補償。這種結構也可以被用于在一個范圍廣泛的輸入電壓范圍,因此是適合于廣泛的應用,包括視頻游戲機。這種結構的主要缺點是,有沒有大量的應用程序,如在計算機中,所以一般的臺式機設計工程師是不熟悉的。然而,作為一個morimi半導體等公司不斷推出產品,這種拓撲結構的實現已經減少。在較大的該結構也可以被用來降低在批處理應用程序中的組件的成本。這種拓撲結構的另一個缺點是比較兩個開關的正向或半橋穩壓器,開關到更高的額定電壓。在圖5中的2的有限責任公司的諧振半橋拓撲結構,特別是對高輸出電壓的應用,如液晶顯示器和等離子電視應用。圖5有限責任公司諧振半橋拓撲和有源鉗位拓撲結構,這是一個超低的開關損耗,由于軟開關拓撲超高效。其他的優點包括不輸出電感,因此可以降低整體成本的實施。最后,由于半橋配置,可以減少壓力的主要組成部分。另一方面,該結構也有一些缺點,最重要的是增加的磁設計的復雜性,高紋波電流和可變頻率的輸出電容。在同一時間,結構更難以設計一個寬的輸入電壓范圍。雖然我們不能使用一個單一的拓撲結構作為一個解決方案,所有的應用程序,它可以被用來確定電路的結構,根據具體情況。在這里,我們使用12V或20A的輸出穩壓器的設計比較各種結構的差異,并比較集中在主要的設計問題,如原邊開關或整流器或磁性或存儲電容器等。雖然有其他的差異,但不是在本文的范圍。各種不同的拓撲結構的差分結構如下。一次側開關:300 ~ 400vdc輸入電壓范圍,有源箝位穩壓器初級峰值電流最小,單開關和雙開關正激有源鉗位和類似的均方根電流拓撲結構,但由于MOSFET的額定電壓,將有更多的導電損耗。直流電壓互感器二次整流橋諧振半橋應力最小,然后有源鉗位,然后單開關和雙開關正向穩壓器。由于開關浪涌之間的關系,傳統的電路結構更高。停留的時間可以通過增加的電容值或穩壓器的輸入范圍來實現的請求。在磁特性中,諧振式半橋通過除去輸出電感提供了一個明顯的簡化,但在穩壓器高的設計中,這將是一個相當大的挑戰。與傳統的前向穩壓器相比,有源鉗位穩壓器的輸出電感在同一頻率下可減少約13%。無輸出電感的諧振穩壓器,輸出電容電流紋波最高。有源箝位正激式穩壓器開關頻率可以提升到一個較高的(200~300kHz),硬開關拓撲小于150khz。是一個可變的穩壓器的諧振頻率,負載供電電壓低,最低的頻率通常設定在60 ~ 70khz;輕負載的高電壓穩壓器,最高頻率可達幾百千赫
