2019年中国通信设备制造市场现状调查与未来发展前景趋势报

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1、任小永等：适用于低压大电流输出模块的两级式变换器适用于低压大电流输出模块的两级式变换器任小永阮新波(南京航空航天大学，江苏南京210016)TwoStageConverterApplicabletoLowVoltageHighCurrentOutputModulesRENXiaoyong,RUANXinbo(NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics,Nanjing210016,China)任小永等：适用于低压大电流输出模块的两级式变换器Abstract:Tomee

2、ttheincreasingdemandsofwidelinerangeandlowvoltagehighcurrentoutputpowermodulesrequiredforcommunicationandthecomputertechnology,atwostageconvertercomposedofatraditionalisolatedconverter&non-isolatedoneisproposedhere.Thistwostageconvertercanavoidtheseproblems

3、suchastheawfulcouplingofthewindingsofthetransformerandtheuncontrolleddutyratiooftencomeupagainstintraditionalconverterdesign.Itissuitableforhighpowerdensity,highreliabilityandlowpowerwithlowvoltage&highcurrentoutputmodules.Andaprototypewiththeinput33to75V&o

4、utput5V/10Aisbuiltandtheresultsaregivenbasedontheexperiments.Keywords:WideLineRange,HighPowerDensity,LowVoltageHighCurrentOutput,TwoStageConverter摘要：为了满足通讯和计算机行业对其供电模块不断提高的要求，本文提出一种两级式结构，即隔离式变换器和非隔离式变换器相结合。该结构解决了传统变换器在此类模块设计中遇到的变压器原副边绕组耦合不佳、占空比失控等问题，尤其适合于高功

5、率密度、高可靠性的低压大电流输出的小功率模块。采用所提出的这种两级式结构，试制了一台33－75V输入、5V/10A输出的原理样机，并给出了实验结果。关键词：宽电压输入高功率密度低压大电流输出两级式变换器1.引言随着科学技术的迅猛发展，计算机以及通讯对供电电源提出了越来越高的要求，这主要表现在以下几个方面：①为了提高微处理器的速度、提高IC的集成度、降低基本单元的功耗，输出电压越来越低；②工作单元的集成度的提高，要求电源输出电流越来越大；③用电设备的动态负载特性要求供电电源的动态响应速度快，且动态变化时电压波动

6、量小；④输出电压纹波越来越小；⑤为了降低直流母线的损耗，减小动态对其他设备的影响，输入电压越来越高且范围越来越宽；⑥体积的限制要求电源有合理的热应力分布、高效率、高功率密度以及高可靠性。图1Intel对VRM输出电压电流的预测图2Intel对VRM输出电流动态变化速度的预测这样一个趋势可以从CPU供电电源(VoltageRegulatorModule，VRM)的发展上看出来。图1与图2分别给出了Intel公司对VRM输出电压、电流以及动态电流变化率的预测图[1,2]。VRM的输入也由早期的5V升高到现在的12

7、V，未来会被提高到48V[2,3,4]。总之，对模块电源越来越高的要求尤其是输入输出电压比值悬殊，给变换器优化设计带来了相当大困难。传统的Buck变换器，在输入电压变高而输出电压降低的时候，变换器的占空比就变得越来越小，这样存在着两个比较大的问题：①开关器件的开关延时以及上升下降时间，使得过小的占空比在控制上很难实现；同时为了减小体积，加快动态响应的速度，通常会提高开关频率[4]77任小永等：适用于低压大电流输出模块的两级式变换器，这样开通时间就更短，开关器件的开关延时以及上升、下降时间对占空比的影响就表现得

8、更为突出；②在占空比减小的时候，假设电感量、输出电压以及负载不变，上管的电流如图3所示。此时对应的电感电流平均值恒定，而电感电流有效值却增大了。由于输出功率是一定的，有效值的增大使导通损耗增大从而导致效率降低，同时也使得器件的应力增大。为了解决这两个问题，J.Wei等提出了电感带抽头的Buck型变换器，通过耦合电感的储能作用来实现对稳态占空比的扩展[5]，但是上管的电压应力以及下管的电流应力增加了，