电源知识|高效率和超宽输入电压范围DC-DC变换器的方案设计(1)

安防之家讯：一个隔离DC/DC变换器的参数之一是该变换器能够正常工作的输入电压范围。对于那些应用于48V输入电信市场的工业标准砖型产品，其输入电压范围通常是36V~75V，或输入电压的最高值和最低值之比为2:1。但是有很多的应用期望变换器能够处理更宽的输入电压范围。比如，在一些系统应用中分布式输入电压具有很大的瞬态和浪涌，而且持续时间很长，需要滤波器滤掉。

作为一个例子，表1显示在不同铁路系统标准中分布式电压的稳态和瞬态范围。军用车辆设计规范也需要类似的宽输入电压范围，这样可以满足其分布式电压的变化。使用宽输入电压范围DC/DC变换器的另外一个原因是建立一个可以被用于不同直流系统的“通用”产品，对于标称值为12V，24V和48V的电池系统，一般需要提供三个不同的输入电压版本，作为替代，一个能够在9V到75V工作的变换器提供了单一解决方案。这种单一方案可以节省生产成本和降低库存。

尽管人们期望有一款宽输入变换器，但存在一个主要问题：在传统产品中，模块工作的输入电压范围越宽，变换器的性能越差。一般来讲，在给定的尺寸，比如1/4砖，变换器的效率和能够处理的功率会随输入电压范围变宽而降低。这是一种自然结果，因为在设计最高输入电压的同时，还必须处理在输入电压最低时所带来的非常大的输入电流。对于2:1输入范围的变化器，其最大输入电压和最大输入电流的积是需要处理功率的两倍，这种结果作为一个合理的折中是可以接受的。但是，当一个变换器设计用来处理8:1输入范围时，其最大输入电压和最大输入电流的积是需要处理功率的8倍，这种结果是非常极端的。对与变换器隔离变压器相关的功率电路来讲是非常严重的。

由于上述的限制，在商业上没有很多DC/DC变换器能够处理很宽的输入电压范围，但少数“超宽”4:1输入的变换器在给定的物理尺寸下典型处理不到1/2的功率，这是与只有2:1输入电压输入范围的变换器在相同尺寸下所处理的功率相比。另外，宽输入变换器的转换效率一般比2:1输入变换器低10%-25%。

在宽输入范围变换器中减少这种损失的一种方法是将变换器的调整功能从其隔离功能中分离出来，如图1所示。在此图中，变换器的第一级是非隔离降压变换器，同时通过改变占空比进行电压调整功能。变换器的第二级提供没有任何电压调整的电气隔离功能，而且一般还可以根据变压器的变比进行进一步的降压。这就是SynQor作为高效DC/DC变换器的领先者如何设计其所有的产品。

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