0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

实现高降压比转换器多种解决方案分析

电子设计 来源:郭婷 作者:电子设计 2019-03-28 08:38 次阅读

设计高降压比DC/DC电源转换器并非易事,尤其是在从48 VDC输入转换为3.3 VDC输出及以下时,因为以最低成本保持高效率和高密度是一项挑战。这种DC/DC电源转换器主要用于电信系统和数据中心计算机,其中电路板上安装有现代DSPFPGAASIC,需要3.3 V或更低的电压。为避免构建高降压比降压转换器,设计人员一直使用中间总线转换器将这些系统中常用的48 VDC总线电压降至24 V,12 V或更低的中间电压电平。这是为了简化分布式电源架构设计而增加的另一个降级阶段。这增加了系统板的成本和空间,同时也降低了整体效率性能。

多年来,为了消除中间功率转换阶段,一些制造商已经提供了具有高效率和高密度的这种高降压比转换器,代价是成本更高。例如,Vicor将其基于硅的构建模块(如PRM和VTM模块)组合在一起,生成隔离式DC/DC解决方案,该解决方案采用48 VDC总线电压,并将其转换为符合英特尔VR12的1 V低处理器核心电压。 0和VR12.5规格。最近,Vicor扩展了其Picor Cool Power系列高密度,隔离式DC/DC零电压开关(ZVS)转换器模块,新成员提供48 V输入和3.3 V输出,18 A。一个这样的例子是PI3101-00- HVIZ。

同时,高效功率转换(EPC)使用其增强型氮化镓(eGaN)FET 2 演示了48 V至1.2 V非隔离降压转换器。 EPC的初始演示采用了第一代100 V eGaN FET,如EPC1001和EPC1007,可实现非隔离降压转换器,能够在48 V输入电压下工作,并产生1.2 V的低输出.EPC2001和EPC2007等新一代版本可进一步提供据供应商称,提高效率,提高可靠性和成本竞争力。

经济高效的解决方案

在商用电源中,成本同样重要,因此其他一些供应商如Intersil凌力尔特公司德州仪器公司已采取硅路线提供高成本降低比率的DC/DC转换器解决方案,具有高性能和低成本。越来越多的竞争对手正在进入这个领域。

例如,Intersil已经准备好高压同步降压PWM降压控制器ISL8117,它可以实现48 V输入的高降压比转换。根据Intersil的说法,同步降压PWM控制器的低占空比(最小导通时间为40 ns)可以实现从48 V输入的高电压到低负载(POL)电压的直接降压转换。 1.2 V或更低。因此,供应商表示,设计人员可以降低系统复杂性和解决方案成本,同时保持工业,工厂自动化,医疗和通信基础设施应用的性能。

根据ISL8117的数据表,PWM控制器使用谷具有自适应斜率补偿的电流模式调制,可实现各种VIN和VOUT组合的稳定工作,无需外部补偿。此外,系统设计人员还可以使用高达2 MHz的控制器可调频率来优化电源成本,尺寸和效率。 ISL8117提供可编程软启动和使能功能以及电源良好指示器,便于供电轨道排序和其他内务管理要求。此外,根据产品数据手册,只需要大约10个外部元件即可完成具有过压/过流/过温保护的高降压比降压转换器解决方案,如图1所示.PWM控制器位于空间 - 有意识的16引脚QFN和HTSSOP封装。两种封装都使用EPAD来改善散热和抗噪性。

实现高降压比转换器多种解决方案分析

图1:ISL8117集成了用于MOSFET保护电路控制电路驱动器,以简化高降压比降压转换器的设计。它需要很少的外部组件来完成解决方案。

此类转换器的效率取决于关键参数,如VIN/VOUT比,功率MOSFET的RDS(on),开关频率和电感。如果所有其他参数保持不变,则效率会随着VIN/VOUT比率的增加而降低。例如,如果48 V至3.3 V DC/DC转换器的峰值效率约为85%,当输出约为1 V且输入为48 V时,它将下降几个点。

为了在实际应用中评估该控制器,Intersil制作了两个评估板。低功耗评估板ISL8117EVAL1Z专为高电流应用而设计。其电气参数包括4.5 - 60 V输入范围,600 kHz开关频率和输出电流为6A时的3.3 V输出电压。该设计中的过电流保护设定点在室温下为8A(最小值)。该电路板用于评估该控制器的典型原理图如图2所示。该设计的测量效率性能如图3所示,输入电压和输出电压的3.3 V输出固定不变。

实现高降压比转换器多种解决方案分析

图2:典型评估板原理图,4.5 - 60 V输入和6.3 V输出,6 A。

实现高降压比转换器多种解决方案分析

图3:连续电流模式(CCM)中高降压比降压转换器的效率与输出电流。输出为3.3 V.

观察到48 V输入的峰值效率约为78%,当输入降至24 V时,峰值效率增加10个以上。如果输出为如果输入相同,效率会提高,如第二个高功率评估板ISL8117EVAL2Z所示,该评估板设计用于18 - 60 V输入和20 A时12 V输出。这种高功率电路板设计可提供200多个电源W.用户指南中提供了包含输出功率MOSFET和电感的材料清单的详细原理图以及测量的性能。图4显示了12 V输出电路板ISL8117EVAL2Z的效率曲线。

实现高降压比转换器多种解决方案分析

图4:输入范围为18 - 60 V的连续电流模式降压转换器的效率与负载电流的关系从图4中可以看出,当输入电压为48 V时,峰值效率约为95%,明显高于3.3 V输出转换器。对于12 V输出,输入输出比仅为4:1,而3.3 V输出为14.5:1。在内部,使用ISL8117,该公司已展示了一个48 V输入至1 V输出转换器,10 A,开关频率为200 kHz。开关频率已降低,以提高设计的整体效率。内部测试表明,采用外部5 V偏置,高降压比降压转换器可在满载时提供78%的峰值效率,在中负载时提供80%的峰值效率。

更多选择

凌力尔特公司是另一家有兴趣解决这些问题的供应商。该公司发布了一款60 V同步降压控制器LTC3891,该控制器能够实现高效率的非隔离式高降压比降压转换器。额定输入范围为4 V至60 V,输出电压可在0.8 V至24 V范围内编程。此器件的最小导通时间为95 ns,开关频率范围为50 - 900 kHz。封装选项是20引脚QFN或HTSSOP。该器件的数据手册提供了一个设计实例,可处理4 V至60 V的输入电压范围,以高效率提供5 A时3.3 V的低输出。图5显示了负载电流为2 A时3.3 V输出设计的典型效率与输入电压的关系。它表明随着输入电压的增加,效率会迅速下降。

实现高降压比转换器多种解决方案分析

图5:基于LTC3891的高降压比降压转换器的典型效率与输入电压曲线。它表明随着输入电压的增加,效率会迅速下降。

同样,TI已发布TPS40170以实现高降压比转换器解决方案。 TPS40170是一款60 V宽输入同步PWM降压控制器,其导通时间为50 ns,可编程频率范围为100 kHz至600 kHz,电压模式控制具有输入电压前馈补偿。它采用20引脚VQFN封装。

总之,随着越来越多的供应商看到这个领域的机遇,设计人员在构建高降压比降压转换器方面的选择正在增加。虽然有些人倾向于提供从48 V总线电压到低处理器电压的完整解决方案,但其他人决定为此提供高压同步降压控制器。同时,eGaN FET也进入了与硅部件竞争的空间。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 转换器
    +关注

    关注

    27

    文章

    8694

    浏览量

    147091
  • 驱动器
    +关注

    关注

    52

    文章

    8227

    浏览量

    146258
  • 功率
    +关注

    关注

    14

    文章

    2066

    浏览量

    69859
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    用TPS23753A实现降压转换器

    电子发烧友网站提供《用TPS23753A实现降压转换器.pdf》资料免费下载
    发表于 10-11 11:25 0次下载
    用TPS23753A<b class='flag-5'>实现</b><b class='flag-5'>降压</b><b class='flag-5'>转换器</b>

    使用DM365的DC/DC转换器Vin、高效率电源解决方案

    电子发烧友网站提供《使用DM365的DC/DC转换器Vin、高效率电源解决方案.pdf》资料免费下载
    发表于 10-11 10:47 0次下载
    使用DM365的DC/DC<b class='flag-5'>转换器</b>的<b class='flag-5'>高</b>Vin、高效率电源<b class='flag-5'>解决方案</b>

    使用带有DVFS的DC/DC转换器Vin、高效率电源解决方案

    电子发烧友网站提供《使用带有DVFS的DC/DC转换器Vin、高效率电源解决方案.pdf》资料免费下载
    发表于 10-10 10:28 0次下载
    使用带有DVFS的DC/DC<b class='flag-5'>转换器</b>的<b class='flag-5'>高</b>Vin、高效率电源<b class='flag-5'>解决方案</b>

    使用DM365的DCDC转换器集成度、高效率电源解决方案

    电子发烧友网站提供《使用DM365的DCDC转换器集成度、高效率电源解决方案.pdf》资料免费下载
    发表于 10-10 10:02 0次下载
    使用DM365的DCDC<b class='flag-5'>转换器</b>的<b class='flag-5'>高</b>集成度、高效率电源<b class='flag-5'>解决方案</b>

    什么是DC/DC转换器

    的精确控制。 DC/DC转换器分类: DC/DC转换器根据其功能和应用场景的不同,可以分为多种类型。其中最常见的分类方式是根据输入输出电压的关系,将其分为升压型(Boost)、降压
    发表于 09-29 15:26

    降压转换器的性能特点

    降压转换器(Buck Converter) ,也称为降压稳压降压模块,是一种电力电子设备,其核心功能在于将
    的头像 发表于 09-02 14:46 378次阅读

    基于42V/1A同步降压转换器CN2204的小尺寸电源解决方案

    基于42V/1A同步降压转换器CN2204的小尺寸电源解决方案
    的头像 发表于 08-20 09:59 344次阅读
    基于42V/1A同步<b class='flag-5'>降压</b><b class='flag-5'>转换器</b>CN2204的小尺寸电源<b class='flag-5'>解决方案</b>

    同步降压转换器有哪些优缺点

    同步降压转换器(Synchronous Buck Converter)作为一种高效的直流电压转换装置,在电子设备中得到了广泛应用。其通过控制开关管的导通和断开,实现输入电压到稳定输出电
    的头像 发表于 08-14 10:23 466次阅读

    解决方案丨PPEC车载DCDC转换器:新能源汽车的高效能源动力系统

    。三、核心功能 PPEC车载DC/DC转换器具有多种功率型号、轻量化设计,以及高效能、稳定性和全面的保护特性,为新能源汽车车载电源系统提供稳定可靠的高效解决方案。PPEC车载DC/D
    发表于 06-20 11:39

    电源转换器的浪涌电流可能稳态电流很多倍

    电源转换器
    深圳崧皓电子
    发布于 :2024年06月14日 06:59:06

    降压转换器的主要原理,本降压转换器电路图

    电压适配:降压转换器最基本的作用是将电压转换为低电压。在许多电子设备中,电源提供的电压可能高于设备所需的工作电压。此时,降压
    的头像 发表于 06-08 16:20 1679次阅读
    <b class='flag-5'>降压</b><b class='flag-5'>转换器</b>的主要原理,本<b class='flag-5'>降压</b><b class='flag-5'>转换器</b>电路图

    降压转换器的三种紧凑型解决方案

    在许多情况下,使用单个降压转换器成为首选,因为它是比较理想的解决方案,具有系统效率、小尺寸和设计简单的特点。
    发表于 03-29 10:37 464次阅读

    什么是降压转换器降压转换器的工作原理

    降压转换器(Buck Converter)也称为降压稳压降压模块,是一种电力电子设备,用于将
    的头像 发表于 02-21 15:31 3516次阅读
    什么是<b class='flag-5'>降压</b><b class='flag-5'>转换器</b>?<b class='flag-5'>降压</b><b class='flag-5'>转换器</b>的工作原理

    dcdc降压转换器工作原理

    降压DC/DC电压转换器,又称为降压转换器、低压降转换器或简称为降压
    的头像 发表于 02-16 09:37 1711次阅读
    dcdc<b class='flag-5'>降压</b><b class='flag-5'>转换器</b>工作原理

    求一种降压-升压转换器电路的设计方案

    降压-升压转换器是一种DC-DC转换器,使用降压和升压转换器的相同原理,采用简化的组合电路。
    的头像 发表于 02-01 14:51 1155次阅读
    求一种<b class='flag-5'>降压</b>-升压<b class='flag-5'>转换器</b>电路的设计<b class='flag-5'>方案</b>