分布式电源系统中直流母线电压变换器的选择与应用

50 %，把48 V输入电压变为 8 V的中间母线电压。它使用变比为3:1的变压器，再通过初级半桥整流器得到输入电压与输出电压的比为6：1。由于现在有了作为第二级的负载点转换器解决方案，例如 iPOWIRTM 技术，它的输入电压范围很宽，所以对于48 V系统来讲，这个方法极有吸引力，它也可以用于输入电压变化范围很宽的系统（36 V 至75 V）。 当输入电压在很宽范围变化时，输出电压也以同样的比率变化，所以如果输入电压在36 V至75　V的范围变化，输出电压的变化范围就是6 V至12 V。直流母线转换器作为前端电路加上作为第二级的iPOWIRTM，便构成高效率的两级功率转换方案。直流母线转换电路的效率最高、占的空间最小，在功率密度方面是最好的，大量地减少了元件数量，因而有利于降低总成本。这个方案对输入滤波和输出滤波的要求也是最低的，所以可以进一步减少电容器和其他元件。这种电源系统的控制、监控、同步以及顺序控制都大大地简化了。图3是直流母转换器设计的例子，其中使用了很有创意的新技术，因而可以达到这样的性能。如图4所示，可以利用直流母线转换器解决方案来实现两级供电系统。直流母线转换器芯片组四周是原边半桥整流器控制器和驱动器集成电路和MOSFET技术，正是由于这个芯片组，才能达到这样的性能。


　　IR2085S是一种新的控制器集成电路，是针对用于电路板上48 V两级配电系统的非稳压型隔离式直流母线电压转换器而研制的。控制器是针对性能、简单、成本进行了优化的。它把一个占空比为50 %的时钟与100 V、1 A的半桥整流器驱动器集成电路整合在一起，装在一个SO-8封装中。它的频率和死区时间可以在外面进行调节，满足各种应用的要求。它还有限制电流的功能。为了限制接通电源时突然增大的电流，在IR2085S里面有软启动功能，它控制占空比，由零慢慢地增加到50 %。在软启动过程中，一般持续2000个栅极驱动信号脉冲这么长时间。在 48 V的直流母线电压转换器演示板上有新的控制器集成电路与原边的低电荷MOSFET晶体管，以及副边的低导通电阻、热性能提高了的MOSFET，它们配合在一起工作，在输出电压为8 V时可以提供150 W功率，效率超过96 %，如图3所示，它的尺寸比1/8砖转换器的外形尺寸还要小。与安装在电路板上、具有稳压作用的常规功率转换器相比，它的效率高3~5%，尺寸小40 %。有一种类似的方法可以用于全桥整流直流母线转换器，它使用新的IR2085S，输出功率达到240 W，尺寸也相似，在输出电流满载时的效率大约为96.4 %。图5是直流母线电压转换器的电路图，在这个电路中，原边使用控制器和驱动器集成电路IR2085S，它推动两只 IRF7493 型FET晶体管───这是新一代低电荷、80 V的n型沟道MOSFET功率晶体管，它采用SO-8封装。在输入电压为36 V至75 V时，这只 FET 晶体管可以换成100V的IRF7495FET 晶体管。在启动时，原边的偏置电压是由一只线性稳压器产生，在稳态时，则由变压器产生原边偏置电压。IRF7380中包含两个80V的 n型沟道 MOSFET功率晶体管，采用SO-8封装，就是用于在稳态时产生原边偏置电压。 IRF6612或者 IRF6618──这是使用DirectFET封装的新型30V、 n型沟道 MOSFET功率晶体管，可以用于副边的自驱动同步整流电路。

　　DirectFET 半导体封装技术实际上消除了MOSFET晶体管的封装电阻，最大程度地提高了电路的效率，处于导通状态时的总电阻很小。利用DirectFET 封装技术，它到印刷电路板的热阻极小，大约是1°C/W，DirectFET器件的半导体结至顶部（外壳）的热阻大约是 1.4°C/W。 IRF6612 或者IRF6618的栅极驱动电压限制在最优的数值7.5V ，与包含两个 30V、使用 SO-8 封装的MOSFET晶体管IRF9956一样。副边的偏置电路是为了把两个直流母线转换器的输出并联起来，而它们的输入电压是不同的，而且在其中一个输入出现短路或者切断的情况下，仍然可以连续地提供输出功率。
　　功率为150W 的直流母线转换器的尺寸可以做到是1.95 × 0.85英寸，比符合工业标准的1/8砖还小，1/8砖的标准尺寸是2.30 × 0.90英寸，小了25%。有一些功能齐全的解决方案现在有尺寸为1/4砖的产品，它的标准尺寸是2.30 × 1.45英寸，如果使用直流母线转换器，可节省空间53%。如图6所示，在尺寸这么小的空间里，在功率为150 W时，直流母线转换器芯片组的效率高达96%左右。

　　为了让大家看到直流母线电压器的优异性能，我们选择原边开关频率为220 kHz。使用较高的开关频率，可以减少输出电压的脉动，而且，由于磁通密降低了，可以使用比较小的磁性元件。变压器的磁芯比较小，损耗也降低了。但是，由于开关频率较高，增加了原边和副边的开关损失，因而降低了整个电路的效率。磁通不平衡是桥式电路的一个问题，为了防止磁通不平衡，高压边和低压边的脉冲宽度之差不到25 ns。针对不同的应用、不同的输出功率和不同的开关器件，频率以及驱动半桥整流电路的低压边脉冲和高压边脉冲之间的死区时间是可以调节的，这是利用外面的定时电容器来实现的。
　　在两级分布式供电系统中，直流母

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