[经验]

DC-DC电源模块的基础拓扑介绍

2022-8-15 10:12:53

2083 电源拓扑 DC-DC

电源模块主要分为AC-DC和DC-DC两种。对于AC-DC电源模块，无论是网络上还是实际电源设计上都有不少，倒是DC-DC电源模块的相关资料较少。本文对DC-DC电源模块拓扑电路进行梳理，是一篇基础的电源知识类文章。

这里说的DC-DC电源模块指工业、轨道交通、通信、军事等领域用的嵌入式电源模块，这类电源追求的是高功率密度、高效率及高可靠性。就目前而言，对成本虽有要求，但远没有常规的AC-DC电源模块那么敏感。且为了达到高性能，一般不会像AC-DC电源模块那样，DC-DC电源模块在设计时，为方便设计的灵活性，不太用集成度高的IC。

一般流行于市面上的隔离型DC-DC电源模块，功率等级基本在1kw以内，功率再大一点的，可通过多电源模块并联均流实现。输入电压范围从2.5V到650V不等，输出电压则从1V到60V不等。电源模块在设计时，对拓扑的选择主要从输入、输出、功率等级这三个方面考虑。

1、Royer（自激推挽）：

一般用于低输入电压的场合（如2.5V，5V），且功率不大（如2W以内），另外Royer是非稳压的，若需要稳压，则需要在电源模块里面加入线性稳压线路。用于电源模块中的常规反激（包括IC控制的反激和RCC），一般功率不超过50W，输入电压覆盖9V到1000V，均有电源模块产品出现。

同步整流技术是反激变换器设计中的一个难点，也是专利壁垒比较多的一个点，市场上的小功率DC-DC电源模块大多用这种拓扑。至于RCC，最大的优点是便宜，但它对器件的一致性要求太高，而且还是变频的，并不太适合用来设计高性能电源模块。

2、有源钳位反激/有源钳位正反激：

有源钳位反激是有源钳位技术与常规反激变换器结合的产物，开关管应力低，效率高，EMI特性好是它的优点。但技术复杂，同步整流也不好搞定，所以尽管它的优点很多，但市场上用这种拓扑做产品的并不多见。至于有源钳位正反激技术，比有源钳位反激技术更复杂，正反激最大的优点就是输出纹波小，尤其是0.5duty时理论纹波为零，可在一些高性能DC-DC电源模块中见到这种拓扑。

有源钳位正激，经过十几年的发展，可以说是电源模块里最著名也是最成熟的一个拓扑了。常用于50W-200W功率等级，输入电压不超过100V的场合，几乎每一家做电源模块的企业都会用到这种拓扑，输出电压从1V到15V均有。

3、硬开关半桥（全桥）：

常见于低压大功率的电源模块，如低压半砖电源模块、全砖电源模块，一般介于200W-800W之间，也有人用作高压输入模块，如200V-400V输入，但不多见。

4、移相全桥（PSFB）：

在高压大功率DC-DC电源模块，主要用这种拓扑，DC-DC电源模块一般输入电压比较宽，LLC虽有效率上的优势，但在宽输入电压范围应用场合不合适。市面上能够见到的用PSFB的DC-DC电源模块产品基本参数为：输入200V-400V或输入400V- 650V、输出600W、800W、1000W、尺寸多为标准全砖尺寸，有完善的保护机制，多模块并联冗余能力。

5、LLC：

电源模块里的LLC多用于bus-converter，且开环定频控制，一般设计时，让Lm>>Lr，可以实现ZVS/ZCS，可以获得非常高的效率。比如正弦振幅变换器，可以做到满载98%效率，400V输入，上千瓦输出，尺寸相当小。

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