电信和分布式电源系统中的DC/DC转换器设计

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　　本文分析了设计电信和分布式电源系统（DPS）中使用的DC/DC转换器时需要满足的一些要求。电信DC/DC转换器的输入电压范围为直流36V~75V。目前，分布式电源系统通常使用48V中间母线电压。这些系统输出中使用的DC/DC转换器有数个基本功能。其中主要功能是电压电平转换，主要用于降低至所需电平，同时具备必要的精度和良好的瞬态响应时间。因这些转换器的位置与负载非常接近，所以称为负载点（POL）转换器。负载点转换器的另一重要功能是隔离功能。电信应用需要1500V的输入到输出隔离电压。
　　为满足上述要求，中等功率负载点转换器通常采用正激转换器拓扑结构。  但是，采用正激转换器会带来某些难题，因此负载点转换器的价格比反击转换器高。主要的问题是当输入电压范围过大时，应该如何为PWM控制器供电。大多数PWM控制器的电源电压最大额定值远低于负载点转换器的输入电压上限。解决这个问题有几种方法。
　　首先可以用线性稳压器保持所需的电压电平（图1）。但是，这种解决方案会浪费能量，因此增加了转换器的空载功耗。当然，价格也会提高。


　　另一个可行的解决方案是使用连接至变压器的辅助绕组（图2）。但是，占空比会随着输入电压和负载的变化而变化，因此所保持的电源电压变化范围也非常大。此外，还需要在输出端连接仿真负载，以便在拔出转换器负载时控制器能继续工作，因为这种情况下的占空比非常小。这种解决方案要求的空载功耗和变压器的复杂程度均较高，因此它的低价格也抵销不了这个缺点。


　　前两种解决方案都存在一个共同的缺点：这就是电源电压在过载情况下仍然存在。 因此，在过载情况下需要建立独立于控制器电源电压的过载保护。这种要求会提高价格，并且增加了转换器的复杂程度。
　　为确保电源电压对整个负载都有合理的稳定性，同时确保有效的过载保护，我们需要把辅助绕组连接至转换器的稳压电感（图3）。这种解决方案的一大缺点是需要两个隔离完善的变压器。因此，转换器的复杂程度和价格再次上升。


　　安森美半导体凭借在电源转换领域的经验，推出了型号为NCP1216A的产品，专门用于解决上述问题的器件。
　　NCP1216A采用高压技术，不再存在控制器电源问题，因为该器件可以直接通过其高压引脚由中间母线电压供电，该引脚的最高额定电压值为500V。该控制器的电源电压通过动态自供电(DSS)技术从此引脚引出。该技术的内部布局如图4所示。


　　从图中可以看出，当Vcc电压过低并对外部电容充电时，内部高压（HV）电流源打开。当此电容上的电压足够高时，高压电流源将关闭。通过这种方法，电源电压受到2.2V纹波（图5）影响，将滞后稳压至11V的平均值。
　　用户无需使用任何无源稳压器（电阻和齐纳二极管）或带仿真负载的辅助绕组，因此元件数量减少。此外，空载情况下的大部分时间内，高压电流源处于关闭状态，因此空载功耗迅速减少。Vcc电源电压的循环也用于建立过载保护方案，这将在下一段中阐述。
　　内置过载保护是NCP1216A控制器的又一优点。该保护通过反馈引脚工作监视实现（请参见图6和图7，以便更好地理解这功能）。


　　过载情况发生时，反馈引脚电压被内部电阻拉高。此电压达到4.2V电平时，内部故障标记被断定。如果Vcc下降期间故障消失，那么控制器不会中断工作。如果Vcc电压达到Vcc导通电平时，故障标记依然有效，那么控制器停止工作并且将在另一个Vcc周期中尝试恢复：控制器在突发模式下工作，这意味着过载情况下的功耗较低。
　　从图6可以看到，NCP1216A控制器的操作简单，而所需的外部元件数量最少。装有该控制器的DC/DC转换器自然受到短路保护，而且在空载情况下功耗低，无需为了保持Vcc而增加仿真负载。


　　把NCP1216A应用于36W  DC/DC电路板，在3A最高输出电流之下提供12V输出，该器件在48V输入电压电平的测量性能如下：效率：86.5%，空载待机能耗：93mW。