如何精簡供電係統設計:高性能AC前端有辦法
發布時間:2013-01-16 責任編輯:abbywang
【導讀】對於在設計一個穏壓的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,莫過於在全球電網輸入電壓範圍,即由85 Vrms至264 Vrms範圍內,都能夠維持良好的性能。究竟如何能精簡供電係統的設計呢?
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衝權衡。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。
在產品地區化, 隻提供當地市電電的產品是一些OEM生產廠家的折衝方法,但並非最理想的選擇。
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功率轉換傳統技術的局限,兼備卓越性能及應用簡捷兩大優點。
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
另(ling)一(yi)個(ge)優(you)勝(sheng)的(de)地(di)方(fang)是(shi),每(mei)個(ge)開(kai)關(guan)過(guo)渡(du)均(jun)保(bao)證(zheng)不(bu)帶(dai)過(guo)壓(ya)瞬(shun)態(tai)。加(jia)在(zai)初(chu)級(ji)開(kai)關(guan)的(de)反(fan)向(xiang)電(dian)壓(ya)最(zui)高(gao)亦(yi)不(bu)會(hui)超(chao)過(guo)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)峰(feng)值(zhi),因(yin)此(ci)這(zhe)拓(tuo)樸(pu)內(nei)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)額(e)定(ding)值(zhi)更(geng)低(di)的(de)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian) 。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。轉換器的輸出是並聯的。輸入側可以是串聯或並聯(圖2)。耦ou合he的de電dian感gan共gong享xiang一yi個ge核he芯xin,初chu級ji側ce配pei電dian鏈lian以yi一yi個ge共gong同tong控kong製zhi器qi調tiao節jie,結jie果guo是shi在zai任ren何he應ying用yong條tiao件jian,單dan元yuan與yu單dan元yuan之zhi間jian更geng對dui稱cheng,處chu理li能neng量liang更geng均jun等deng。

圖2: 自適應單元(Adaptive Cell)動態結構簡化示意圖
DC-ZVS和自適應單元拓樸有以下幾項優點:
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安全規格
隔離、可靠的磁性耦合(比光耦優勝)
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全球輸入電壓範圍內操作。輸出PFC穩壓48Vdc電壓。
VI BRICK AC前端的功率密度是121W/in3 (7.5 W/cm3),薄身,高度隻有9.55mm。板麵麵積隻有一張名片大小。在整個輸入電壓範圍內,效率仍然保持在高水平,峰值效率 >92%。基板操作溫度由-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的優點

圖4:VI BRICK AC前端
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
- 邊緣AI的發展為更智能、更可持續的技術鋪平道路
- 每台智能體PC,都是AI時代的新入口
- IAR作為Qt Group獨立BU攜兩項重磅汽車電子應用開發方案首秀北京車展
- 構建具有網絡彈性的嵌入式係統:來自行業領袖的洞見
- 數字化的線性穩壓器
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall


