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現代通信系統電源設計

2013-09-25 14:18:05 北極星電力軟件網  點擊量: 評論 (0)
通信設備使用的電源器件有很多種,從前端的功率因數校正(PFC)AC DC電源到后端的高效DC DC模塊和負載點(POL)轉換器,不一而足。從需要很高效率的中間總線轉換器(IBC),到那些日趨細小輕巧的VoIP數字電話,

器的峰值電流僅為1A。要實現最高的效率,兩路門極驅動器輸出之間的時序延遲就甚為關鍵,而LM5025控制器就具備了這樣的可編程功能。

對于輸出電壓較低的應用方面,就有必要使用同步整流器以實現較高的整體電源效率。有源復位方案適合使用同步整流器,這是因為同步整流器可以直接通過次級變壓器自我驅動,如圖2所示。



圖3展示了LM5041級聯式控制器和LM5100半橋驅動器組合而成的芯片組,用于設計雙級級聯式降壓饋電轉換器。該轉換器包含一個高壓降壓前級穩壓器,用于在推挽電源變壓器級維持一個固定的電壓,這個變壓器級被用作“直流變壓器”,類似前文所述的IBC。通過設置變壓器匝數比,將預穩壓電壓降至最終的輸出電壓。目前生產的級聯式轉換器能進行緊密的線路穩壓,其線路輸入電壓范圍寬達4:1甚至更高。它還能提供優異的輸出負載瞬時響應,同時消除了輸出濾波器電感器和電流傳感電阻器,這是降低成本和復雜性的另一個優點。它的輸出電路具備回掃穩壓器的簡單性和其他優點。去掉輸出濾波電感器,便縮短了加載階躍變化的延遲,并且無需采用引起電壓回路錯誤的電感器。推挽直流變壓器持續在精確的50%占空比上驅動,從而產生連續不斷的電流至輸出端。這樣做不但提高了隔離變壓器核心的使用率,同時也降低了輸出元件的應力和干擾,使級聯拓撲結構非常適合于高輸出功率的應用。

 

圖4展示了推挽MOSFET漏極波形和降壓級開關節點(Vsw)。當兩個漏極均為低電平時,交迭時間便會顯示出來。推挽級的工作切換頻率是降壓級的一半。


 

圖5展示了雙級多輸出數字用戶環路(DSL)的電源應用,它使用了由LM5030推挽控制器驅動的一個功率較低的多輸出隔離變壓器,加上LM5642雙輸出電流模式降壓控制器。該電源提供了線路驅動器和放大器的兩種模擬電壓(典型值為±12V),以及數字ASIC所需的幾種較低電壓(+5V、+3.3V、+1.8V、+1.5V)。LM5030被用作推挽轉換器的中心部件,把48V輸入電壓轉換成±12V,同時提供電絕緣。LM5642控制器構成負載點同步降壓轉換器,接收來自中間總線軌的+12V電力,并產生用于xDSL卡電子器件的多路低壓輸出。高性能雙輸出LM5642降壓控制器的每條通道只需要一對FET、一個小型輸出電感器和輸出電容器,以及幾個電阻器和電容器,構成了高效率、低成本的IBA解決方案。

下面的表1列出了美國國家半導體公司的一些新型高壓ABCD(模擬雙極CMOS DMOS)技術系列和應用,它們具有充足的擊穿電壓,有利于簡化通信電源轉換器的設計。被稱為ABCDXV1和ABCDXV2的兩種新技術增強了N通道DMOS功率晶體管、高壓PMOS器件和結隔離二極管的擊穿電壓,使它們能夠承受高達100V的直流輸入工作電壓,以便滿足通信電力系統標準中的瞬態電壓規范。這兩種新型平臺(XV1和XV2)是基于現有的45V ABCD150技術平臺,并分別提供80V和 100V擊穿電壓。

---利用美國國家半導體公司LM5000系列中的多種新型高壓高性能電源管理芯片組,可以迅速組裝通信用分布式電源總線架構和轉換器拓撲結構。從這些產品中挑選用于電源設計的產品時,需要考慮的平衡因素包括輸入電壓范圍、預期輸出數量、整體系統的電源效率要求,以及允許的卡的尺寸和面積大小。現代的先進高壓工藝技術促進了PWM控制器、開關穩壓器和功率MOSFET門級驅動器的進步,現在這些元件可以被迅速組裝,構成輕巧而高效的DC/DC電源模塊。


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責任編輯:廖生玨

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