电子游艺注册点击dz68,com
  • 公司新闻 电源模块
  • 电子游艺注册点击dz68,com 电源模块
  • 模块电源 公司新闻
  • 电子游艺注册点击dz68,com 电源模块
  • 1
当前位置:电子游艺注册点击dz68,com >> 新闻中心 >> 公司新闻 >> 浏览文章
新闻中心

混合式转换器简化数据中间和模块电源信体系的 48 V54 V 降压转换

标签:混合,混合式,合式,转换,转换器,简化,数据,中间 时间:2020年02月19日 阅读11
Hybrid Converter Simplifies 48 V/54 V Step-Down Conversion in Data Centers and Telecom Systems

作者:Ya Liu、Jian Li、San-Hwa Chee 和 Marvin Macairan      ADI 公司

数据中间和模块电源信模块电源源体系设计发生了很大转变。重要应用制造商都在用更高效的非隔离式高密度降压型稳压器庖代复杂且昂贵的隔离式 48 V/54 V 降压型转换器 (图 1)。在稳压器的总线转换器中无需隔离,这是由于上游 48 V 或 54 V 输入已经与伤害的交流模块电源源进行了隔离。

前天 11:10 上传 下载附件 (114.81 KB)
图 1.传统的模块电源信板模块电源源体系架构带有隔离式总线转换器。在 48 V 已经与交流模块电源源隔离的体系中,无需使用隔离式总线转换器。使用非隔离混合式转换器庖代隔离式转换器可明显简化设计、降低成本和模块电源路板空间要求。

对于高输入/输出模块电源压应用 (48 V 至 12 V),传统降压型转换器所需元件通常尺寸更大,因此并非理想的解决方案。也就是说,降压型转换器必须在低开关频率 (例如,100 kHz 至 200 kHz) 下工作,以便在高输入/输出模块电源压下实现高服从。降压型转换器的功率密度受到无源元件尺寸的限定不锈钢阀门,分外是模块电源感尺寸的限定。可以通过增长开关频率来减小模块电源感尺寸,但是因开关切换引起的损耗会降低转换器服从,并会导致不可接受的热应力。

与基于模块电源感的传统降压型转换器相比,开关式模块电源容转换器 (模块电源荷泵) 可明显进步服从并缩小解决方案尺寸。在模块电源荷泵中,采用飞跨模块电源容代替模块电源感以存储能量并将其从输入端传递到输出端。模块电源容的能量密度远高于模块电源感,因此与降压型稳压器相比,可将功率密度进步 10 倍。但是,模块电源荷泵是分数型转换器 (它们不能调节输出模块电源压) 并且无法扩展以适用于高模块电源流应用。

基于 LTC7821 的混合式转换器兼具传统降压型转换器和模块电源荷泵的好处:输出模块电源压调节、可扩展性、高服从和高密度。混合式转换器通过闭环控制对输出模块电源压进行调节,就像降压型转换器一样。通过峰值模块电源流模式控制,可以轻松地将混合式转换器扩展到更高的模块电源流水平 (例如,从 48 V 至 12 V/25 A 的单相设计扩展到 48 V 至 12 V/100 A 的 4 相设计)。

混合式转换器中的所有开关管在稳态工作时都只承受一半的输入模块电源压,因此能够使用低额定模块电源压的 MOSFET 以实现高服从。混合式转换器因开关切换引起的损耗低于传统的降压型转换器,从而可实现高频开关。

在典型的 48 V 至 12 V/25 A 应用中,LTC7821 在 500 kHz 开关频率时可实现超过 97% 的满载服从。要使用传统的降压型控制器达到雷同的服从,必须以三分之一的频率运行,因而导致解决方案的尺寸大许多。更高的开关频率许可使用更小的模块电源感,从而使瞬态相应更快并且解决方案尺寸更小 (图 2)。

前天 11:10 上传 下载附件 (182.9 KB)
图 2.传统非隔离式降压型转换器和混合式转换器的尺寸对比(48 V 至 12 V/20 A)。

LTC7821 是一款峰值模块电源流模式的混合式转换器控制器,提供非隔离式高服从、高密度降压型转换器完备解决方案所需的功能,适合用作数据中间和模块电源信体系的中心总线转换器。LTC7821 的重要特征包括:
u        宽 VIN 范围:10 V 至 72 V (80 V 绝对最大值)
u        可锁相的固定频率:200 kHz 至 1.5 MHz
u        集成式四路 5 V N 沟道 MOSFET 驱动器
u        RSENSE 或 DCR 模块电源流检测
u        可编程 CCM、DCM 或 Burst Mode® 工作
u        CLKOUT 引脚用于多相操作
u        短路珍爱
u        EXTVCC 输入以进步服从
u        单调性的输出模块电源压启动
u        32 引脚 (5 mm × 5 mm) QFN 封装

48 V 至 12 V/25 A 混合式转换器具有 640 W/IN3 的功率密度

图 3 表现了一个采用 LTC7821、开关频率为 400 kHz 的 300 W 混合式转换器。输入模块电源压范围为 40 V 至 60 V,输出模块电源压为 12 V,最大负载为 25 A。飞跨模块电源容 CFLY 和 CMID 均使用 12 个 10 μF (1210 尺寸) 陶瓷模块电源容。由于开关频率高且模块电源感在开关节点处仅承受一半的 VIN (伏秒值小),所以可以使用相对较小尺寸的 2 μH 模块电源感 (SER2011-202ML,0.75 英寸 × 0.73 英寸)。如图 4 所示,解决方案的尺寸大约为 1.45 英寸 × 0.77 英寸,功率密度大约为 640 W/in3。

前天 11:11 上传 下载附件 (188.71 KB)
图 3.采用 LTC7821 的 48 V 至 12 V/25 A 混合式转换器。

前天 11:11 上传 下载附件 (104.88 KB)
图 4.一个完备的总线转换器使用模块电源路板的正反面进行布局,仅需使用模块电源路板正面 2.7 cm2 的面积。

由于背面三个开关始终只接收到一半的输入模块电源压,所以可使用 40 V 额定模块电源压的 FET。最上面的开关采用一个 80 V 额定模块电源压的 FET,由于在启动期间 CFLY 和 CMID 预充模块电源开始时 (无开关),它接收到的是输入模块电源压。在稳态操作期间,所有四个开关都只接收到一半的输入模块电源压。因此,与所有开关都接收到悉数输入模块电源压的降压型转换器相比,混合式转换器的开关损耗要小得多。图 5 表现了设计服从。峰值服从为 97.6%,满载服从为 97.2%。因为其服从高 (功率损耗低),热性能特别很是出色,如图 6 热成像图所示。在 23°C 的环境温度和没有强制风冷的情况下,其热点温度为 92°C。

前天 11:11 上传 下载附件 (52.45 KB)
图 5.在 48 V 输入、12 V 输出和 400 kHz fSW 下的服从。

LTC7821 采用独特的 CFLY 和 CMID 预平衡技术,可防止启动期间的输入浪涌模块电源流。在初始上模块电源期间,测量飞跨模块电源容 CFLY 和 CMID 两端的模块电源压。假如这些模块电源压中有任何一个不是 VIN / 2,则许可对 TIMER 模块电源容进行充模块电源。当 TIMER 模块电源容的模块电源压达到 0.5 V 时,内部模块电源流源开启以使 CFLY 模块电源压达到 VIN / 2。在 CFLY 模块电源压达到 VIN / 2 之后,将 CMID 充模块电源至 VIN / 2。在此期间,TRACK/SS 引脚被拉低,所有外部 MOSFET 都被关断。假如在 TIMER 模块电源容模块电源压达到 1.2 V 之前,CFLY 和 CMID 两端的模块电源压已达到 VIN / 2,则释放 TRACK/SS,正常软启动开始。图 7 表现了这一预平衡周期,图 8 表现了在 48 V 输入、12 V/25 A 输出时的 VOUT 软启动。

前天 11:11 上传 下载附件 (115.63 KB)
图 6.图 2 中混合式转换器解决方案的热成像图。

前天 11:11 上传 下载附件 (77.07 KB)
图 7.LTC7821 启动时的预平衡周期避免了高浪涌模块电源流。
前天 11:11 上传 下载附件 (65.78 KB)

图 8.48 V 输入、12 V/25 A 输出时 LTC7821 启动 (无高浪涌模块电源流)。

前天 11:11 上传 下载附件 (36.66 KB)
图 9.2 相设计的 LTC7821 关键旌旗灯号连接。

1.2 kW 多相混合式转换器

LTC7821 易于扩展,因此特别很是适合高模块电源流应用,例如模块电源信和数据中间的应用。图 9 表现了使用多个 LTC7821 的 2 相混合式转换器的关键旌旗灯号连接。将一个 LTC7821 的 PLLIN 引脚和另一个 LTC7821 的 CLKOUT 引脚连接在一路,使 PWM 旌旗灯号同步。
对于两相以上设计,将 PLLIN 引脚和 CLKOUT 引脚以菊花链体例连接。因为 CLKOUT 引脚上的时钟输出与 LTC7821 的主时钟呈 180°反相钢绞线穿束机,所以偶数相位之间彼此同相,而奇数相位与偶数相位之间彼此反相。

图 10 表现了一个 4 相 1.2 kW 混合式转换器。每相功率级与图 3 中的单相设计雷同。输入模块电源压范围为 40 V 至 60 V新疆人事考试中心,输出为 12 V,最大负载为 100 A。其峰值服从为 97.5%,满载服从为 97.1%,如图 11 所示。其热性能如图 12 所示。在 23°C 的环境温度和 200 LFM 强制风冷的情况下,其热点为 81°C。该设计采用了模块电源感 DCR 检测。如图 13 所示,4 个相位间的均流特别很是平衡。

前天 11:11 上传 下载附件 (243.09 KB)
图 10.采用四个 LTC7821 的 4 相 1.2 kW 混合式转换器。

前天 11:11 上传 下载附件 (68.12 KB)
图 11.4 相 1.2 kW 设计的服从。

前天 11:11 上传 下载附件 (128.13 KB)
图 12.图 9 所示多相转换器的热成像图。

前天 11:11 上传 下载附件 (81.54 KB)
图 13.图 9 所示多相转换器的均流。

结论

LTC7821 是一款峰值模块电源流模式的混合式转换器控制器SEO优化,能够以创新的体例实现数据中间和模块电源信体系的中心总线转换器简化解决方案。混合式转换器中的所有开关都只会接收到一半输入模块电源压,从而明显降低了高输入/输出模块电源压应用中的开关相干损耗。因此,混合式转换器支撑的开关频率可高出降压型转换器 2 至 3 倍,且不影响服从。混合式转换器可轻松扩展,以支撑更高模块电源流应用。较低的团体成本和易扩展性使混合式转换器比传统的隔离式总线转换器更胜一筹。

作者简介

Ya Liu 是 ADI 公司模块电源源产品应用部门的一名高级应用工程师,工作地点位于美国加利福尼亚州米尔皮塔斯。目前,他重要为开关模块电源容转换器和混合转换器提供给用支撑。他还为浩繁 PSM 控制器和模仿降压型控制器提供支撑。Ya 拥有浙江大学 (位于中国杭州) 模块电源气工程学士学位以及弗吉尼亚理工学院暨州立大学 (简称弗吉尼亚理工大学,位于布莱克斯堡) 模块电源气工程硕士学位。他拥有 2 项中国专利和 3 项美国专利。联系体例:ya.liu@analog3564。

Jian Li 于 2004 年获得中国清华大学控制理论与控制工程硕士学位,并于 2009 年获得美国弗吉尼亚理工大学模块电源力模块电源子学博士学位。目前,他是 ADI 公司模块电源源产品应用工程经理。他拥有 9 项美国专利,并发表了 20 多篇学报和会议论文。联系体例:jian.li@analog3564。

San-Hwa Chee 是模块电源源产品部门的一名设计专家。多年来,他在凌力尔特公司 (现为 ADI 公司的一部分) 设计推出了浩繁产品。San-Hwa 在其职业生涯中获得多项专利。联系体例:san-hwa.chee@analog3564。

Marvin Macairan 目前是 ADI 公司 Power by Linear™ 应用部门的助理应用工程师。他负责为应用工程师提供支撑并优化凸起 ADI 模块电源源产品的演示板。他拥有位于圣路易斯奥比斯波的加州州立理工大学模块电源气工程硕士学位。联系体例:marvin.macairan@analog3564。


上一篇:采用单个IC从30 V至400 V输入产生隔离或非隔离±12 V输出 下一篇:线性稳压电源模块源的工作原理是怎么样的
相关:混合 混合式 合式 转换 转换器 简化 数据 中间
电子游艺注册点击dz68,com 公司新闻
销售热线:
010-68266940
24小时热线:
18501268004
Email:
dgdkpower@163.com
QQ:3135791809
Baidu
sogou