分布式电源系统中直流母线电压变换器的选择与应用

时间:2021-04-15 18:03:50 理工毕业论文 我要投稿

分布式电源系统中直流母线电压变换器的选择与应用

在电路板上分配电力的传统方法基本上有两种:第一种是把48 V变成3.3 V的输出电压,然后再用负载点(POL)变换器把3.3 V变换成负载点所需要的电压。一般地说,在电路板上最需要的就是3.3 V,所以选择3.3 V作为母线电压,这样做的益处是,只需要一次变换,不存在多级变换的方案中每级都存在的损耗。另外一个方法是,先把48 V变换为12 V,然后再把12 V的母线电压变换成为负载点电压,并不是直接把12 V送到负载上。这个方案比较适合功率较高的电路板使用。两种分布式供电系统的结构(DPA)如图1所示。

  这两种分布式供电方案各有长处,也各有它的缺点。如果电路板上主要的负载需要3.3 V的工作电压,而且在整个电路板上有多处需要3.3 V,在这种情况下,一般是采用母线电压为3.3 V的分布式供电系统。之所以采用这个方案通常是为了减少电路板上两级电压转换的数量,从而提高输出功率最大的电源的效率。但是,在使用母线电压为3.3 V的分布式供电系统时,它还为每个负载点变换器供给电力。这些负载点变换器产生其他负载所需要的工作电压。另一个问题是,3.3 V输出需要在电路中使用一只控制顺序的FET晶体管。在线路卡上,大多数工作电压需要对接通电源和切断电源的顺序加以控制。 在这种分布式系统中,只能用电路中的顺序控制FET晶体管来进行控制。因为在隔离式转换器中,没有对输出电压的上升速度进行控制。在电路中的顺序控制FET晶体管只是在启动和切断电源时才用得上。在其他时间,这些FET晶体管存在直流损失,会影响效率,增加了元件数量,也提高了成本。由于工作电压一年一年地在下降,在将来,工作电压将下降到2.5 V。在电路板上功率同样大的情况下,电流增大32 %,在配电方面的损失增大74 %左右。电路板上所有其他的工作电压。在电路板上往往有其他输出电压都要由3.3 V的母线电压经过变换得到。往往需要几个负载点输出电压,每个输出电压可以使用高频开关型直流/直流转换器来产生。负载点转换器的高频开关会产生噪音,噪音会进入3.3 V输入线路。由于3.3 V是直接为负载供电的,所以需要很好的滤波器来保护 3.3 V的负载。专用集成电路(ASIC)是用3.3V母线电压供电的,它对噪音十分敏感,如果输入电压没有很好地滤波,有可能会损坏ASIC。ASIC的价钱很高,当然极不希望出现这样的事。如果电路板上需要很大功率,而且电路板上没有那一种电压的负载是占主要的,在这种情况下,一般是采用12V 分布式供电系统。采用这个方案时,在功率相同的情况下,由于电流较小,配电的损失降低了。对于这种供电方案,所有的工作电压都是用负载点转换器来产生的'。 在偏重于使用负载点转换器的情况下,用12 V的分布式供电系统实现就容易得多。也可以用电路中的顺序控制FET晶体管来控制负载点接通电源和切断电源的顺序,其中有一些可以由负载点本身来控制,这时就不需要控制顺序的FET晶体管,也减少了直流损失。在市场上现在可以买到的输出电压为12 V的模块,一般是功能齐全的砖块型转换器,它提供经过稳压的12 V输出电压。 在砖块型12 V转换器中有反馈,通过一只光耦合器把反馈信号送回到转换器的原边。砖块型12 V转换器的有效值电流很大,次级需要额定电压为40 V至100 V的FET晶体管,额定电压较高的FET晶体管的Rds(on)高于额定电压较低的FET晶体管的Rds(on),因而转换器的效率比较低──如果平均输出电较低的话就可以用额定电压较低的FET晶体管。在给定输出功率的情况下,具有稳压作用的砖块型转换器往往相当贵,而且体积大,因为在模块内有相当多的元件。使用分布式的12 V母线电压时,也会略微降低负载点转换器的效率,因为输入电压直接影响负载点转换器的开关损生。