新拓扑超低压大电流开关电源的研究与实现

论

文

赏

析

集成电路构成的信息化系统功耗不断增加，能耗巨大，超低压供电的低功耗集成电路芯片的出现降低了系统能耗，除此之外许多特种行业也需要超低压大电流电源。为适应这些负载的需求，超低压大电流开关电源得到了快速发展，在该领域国内与国外相比存在较大的差距，有必要设计自主知识产权的高性能低压大电流电源。对新拓扑结构超低压大电流电源进行了仿真分析和实物测试，设计的低压大电流开关电源实现了1 V/35 A，0.7 V/20 A的指标，在实现更低电压和更大电流指标上有显著改善提高，而且结构简单，但是效率和纹波指标不高，还有待提升。

能耗，超低压大电流，开关电源，新拓扑结构

为应对不断增长且复杂程度越来越高的实时计算和通信需求，许多电路系统选用大量高功率、高频率可编程逻辑处理器(FPGA)、中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、存储器等相关集成电路(IC)[1-3]构成的计算机、网络服务器、信息化工作站、便携式设备等[4]构成的信息化系统，系统功耗不断增加，能耗巨大，限制了这类大型系统的发展。要想降低整个系统能耗，方法是将集成电路芯片的工作电压设计得很低，所以现在集成电路芯片的工作电压越来越低。除此之外在许多特种行业，比如电磁泵的驱动电源，金属冶金、化学电解中的电解电源，弧焊或切割的电源等迫切需要低压大电流电源，提高工作性能，降低生产能耗。为适应这些负载的需求，低压大电流开关电源得到了发展。国外在低压大电流电源领域发展较快，早期的低压大电流开关电源研究试验测试数据为直流12 V输入，输出1.2 V/50 A[5-6]，近几年实现了直流12 V输入，输出1.8 V/120 A[7]；国内自主研发启动较晚，相关研究资料较为领先的实测数据为直流36 V输入，输出1 V/30 A[8]。现有低压大电流开关电源产品中，国外Cosel公司的SFS30481R2模块和ROAL Electronics公司的DC-DC模块RDS50-48S1V2在输入电压36 V的情况下实现输出电压低至1.2 V，输出电流分别为3.5 A和25 A。国内弗来翔电子DC-DC模块HMW7512S05在输入电压12 V时，输出5 V电压15 A电流；海凌科电子的AC-DC模块HLK-5M03和HLK-10M03在输入电压110 V时，输出3.3 V/1.5 A和输入电压36 V输出3.3 V/3 A。可以看出低压大电流电源领域国内与国外相比存在较大的差距，有必要设计自主知识产权的高性能低压大电流电源[9]，进一步降低电源输出电压，提高电源输出电流。本文对新拓扑结构低压大电流电源进行了仿真分析和实物测试，设计的低压大电流电源电路实现了1 V/35 A，0.7 V/20 A的指标，在实现更低电压和更大电流指标上有显著改善提高，而且结构简单，但是效率指标不高，还有待提升。