1、前言

　　對當今新型的DC-DC直流變換模塊只是在—個CMOS芯片上就可集成了高頻功率MOSFET、PWM控制器、故障保護及其它控制電路,有效地節(jié)約了成本.其性能包括短路及開環(huán)保護、可編程的限流點、輸入電壓欠/過壓保護、遲滯熱關斷、軟啟動、反饋補償及遙控開/關機.與傳統(tǒng)的分立設計相比,該Switch芯片可節(jié)省20多個外圍元件,極大地節(jié)省了電路板空間及成本.實現(xiàn)了體積小、重量輕、低成本、高效率、能適合各種應用的DC-DC電源轉(zhuǎn)換設計.而隨著各類工控與便攜設備發(fā)展變化與需求,對電源功率的要求也增多,而DC-DC模塊串并聯(lián)應用是最佳選擇,伴隨的是到模塊電源到的保護功能也顯得格外重要,為此本文將對其應用與實例與技術(shù)作研討.

　　2、DC-DC模塊的串并聯(lián)應用

　　2.1多路輸出模塊是常用的選擇

　　多路輸出的模塊在選擇和應用時要了解各路輸出之間的交互調(diào)節(jié)特性.多路輸出的模塊有幾種.其一,各路都是穩(wěn)壓的且各路均可任意加載,其特性最好,其二,主路輸出穩(wěn)壓,其它各路跟隨,付路的負載調(diào)整率較差且與主路負載有很大關系,如果主路載輕時,付路加載時可能輸出電壓會很低;其三,不分主、付路,各路的加載特性相同且都不是很好,但各路可隨意加載,如果其中一路空或載很輕時其輸出電壓會比其它各路都高,加載最重的輸出電壓最低.當然首要的是應仔細閱讀技術(shù)手冊.

　　2.2 DC-DC模塊串聯(lián)應用

　　電源模塊的輸出電壓的串聯(lián)使用是可能的,最多能串聯(lián)幾臺運行要看具體的型號和應用.為了獲得高輸出電壓,兩個模塊的串聯(lián)運行如圖1所示.每個模塊的輸出并聯(lián)了一個反向二極管,它能使反向電壓旁路,在上電啟動時不會由于啟動時間不同而相互影響.此二極管應選肖特基二極管,其反壓應大于總輸出電壓,電流應大于兩倍額定輸出電流.

　　為獲得高輸出電壓,同一模塊的雙路輸出的串聯(lián)如圖2所示.如果串聯(lián)運行時使用模塊的正負輸出,且正電源側(cè)的負載和負電源側(cè)的負載完全分離,則就不需加上述二極管,如圖3.此應用類似組成正負電源系統(tǒng).在串聯(lián)應用時要使兩模塊的性能盡量匹配,特別是上電啟動特性和一些保護特性.建議盡量使用同一型號的模塊.

　　2.3 DC-DC模塊并聯(lián)使用

　　電源模塊的并聯(lián)有兩方面的作用,一是增加輸出功率,二是增加電源系統(tǒng)的可靠性.增加輸出功率的使用,一般情況下是單個模塊的輸出功率不能滿足要求,因此需要兩個或多個模塊并聯(lián),這樣就要求各模塊之間的均流要好,這種均流不能單靠輸出端并聯(lián)或把輸出電壓調(diào)為一致實現(xiàn),因為模塊的輸出阻抗、溫漂等都不相同,會使負載不均衡.這種并聯(lián)需要模塊具有此項功能才能實現(xiàn),如BCT公司 的300W和600W帶PC端子和CS端子的模塊,有PC端子的可直接并聯(lián),PC端連在一起,有CS端子的模塊需外加并聯(lián)均流電路.使用者在使用時須注意,輸出電路形式為自驅(qū)同步整流電路的,輸出端不能直接并聯(lián).

　　為了增加電源系統(tǒng)可靠性的并聯(lián),我們稱之為熱備份使用,或冗余并聯(lián),如圖4.此種并聯(lián)的要求是,每一個模塊都可單獨提供100%的負載電流, 因此并聯(lián)使用時不存在均流的要求,兩者都在提供電流,相互之間互為熱備份.

　　2.31新型DC-DC模塊的并聯(lián)輸出應用舉例

　　為此以美國Vicor公司的300V輸入系列高密度DC-DC中功率微型模塊為典型例作應用說明.

　　*特征

　　該300V輸入系列高密度DC-DC模塊有7種中功率級的型號,其中兩個50W模塊的輸出電壓為3.3V及5V;75W模塊的輸出電壓分別為12V、15V、24V、28V及48V模塊.很適合離線功率系統(tǒng)、工業(yè)及流程控制、分布式電源、醫(yī)療、自動測試設備、通訊、國防及航空航天等應用.

　　這些300V輸入微型模塊型號為功率較低的應用提供了具成本益的解決方案.這些轉(zhuǎn)換器的標稱值是300V,輸入范圍從180V至375V,功率密度達90W/in3,效率達90%.模塊均符合RoHS規(guī)格,產(chǎn)品面積57.9 x 36.8 x 12.7mm及基板上高度為10.9mm.

　　*并聯(lián)輸出應用設計要點

　　Vicor全型、小型和微型模塊可以并聯(lián)多只同規(guī)格轉(zhuǎn)換器模塊,以擴大輸出功率.它們以陣列內(nèi)的模塊以并聯(lián)信號來互相傳遞訊息,令各模塊的開關頻率同步,達至均流.在并聯(lián)陣列內(nèi),會用PR引腳的功能,只容許一個模塊變?yōu)轵?qū)動器,其余模塊自動變?yōu)楸对銎?連接PR腳應謹慎適當.如需要并聯(lián)四個或以上的轉(zhuǎn)換器,或陣列需要容錯﹑冗余,可使用Vicor的 PR變壓器.把SC引腳連到感應腳便可把模塊設定為倍增器,這在需要寬度調(diào)節(jié)的應用特別適合,只需微調(diào)驅(qū)動器模塊,便可調(diào)高或調(diào)低整個陣列的電壓.在冗余陣列中所有電感應腳必須連接到輸出二極管(陰極)的共通點.

　　圖5 為300V輸入微型中功率模塊并并聯(lián)輸出應用連接圖.圖中連接注意:在設計+Out及-Out之母線時,應考慮避免或減少從模塊輸出至負載間之寄生阻抗;所有模塊之+S腳應連接至正母線上的一共通點.-S腳則連接至負母線上的同一點;設計者可把部分模塊之SC腳連接至-S腳,使其成為輔從模塊;可用或門二極管串聯(lián)每個模塊之+Out腳,以達至容錯之效果

　　2.32并聯(lián)輸出在電動汽車與直升飛機模擬飛行器顯示屏上的應用

　　3.31用于電動汽車

　　這個項目是并聯(lián)兩只DC-DC模塊,組成均流和電池充電器電路,從高壓蓄電池取電,轉(zhuǎn)壓為12V為Smart Car供電.這電動汽車并非電氣油發(fā)動機驅(qū)動,它是透過一類放置在車廂地板上絕緣箱內(nèi)的316Vdc電池,經(jīng)過精密的電子發(fā)動機驅(qū)動電動汽車.簡而言之,Vicor模塊用作固態(tài)發(fā)電,雖然車上已有一個12V充電池,供應最高功率和緊急后備電源,而兩類Vicor模塊則用作為車內(nèi)照明、指示燈、擋風玻璃水拔、標板儀及車內(nèi)音響娛樂設備供電,以保證12V電波不會過勞,延長電池壽命.

　　3.32用于直升飛機模擬飛行器顯示屏

　　仿真飛行器是訓練飛行員的重要儀器,它可幫助飛行員體驗最接近真實飛行的情況.這個客戶的主要業(yè)務設計生產(chǎn)高解像顯示系統(tǒng),應用范圍包括仿真器、指揮與控制及虛擬現(xiàn)實等系統(tǒng).顯示儀基本的特征是高解像、寬廣視野、亮度和色彩對比適中,以滿足最嚴格的飛行模擬訓練,如訓練飛行員登陸及起飛,復雜的戰(zhàn)斗,如空對空及空對地.