該DC/DC模塊電路結構和通常的斬波DC/DC轉換器相似,可參考原理框圖及相關資料,這里不再贅述。 在原理上,VICOR模塊區別于通常產品之處主要是它使用了軟開關的ZCS技術。
通常的硬開關斬波器波形近似為矩形波,即強迫開關器件在電壓不為零時開通,電流不為零時關斷,這樣在矩形波的邊沿就會因寄生參數而產生高頻振蕩,導致開關損耗增大,頻率越高,開關損耗越大;而VICOR模塊應用諧振技術,使開關器件中的電流波形近似于半周期的正弦信號,這樣開關的導通、關斷時刻都對應零輸入電流(即開關管電流),從而即使開關頻率超過1MHz,開關損耗也只占極小的百分比。高的開關頻率、低的開關損耗便產生了一系列優點:功率密度高、傳導和輻射噪聲小、響應快、轉換效率高等。
VICOR模塊的另一特點是輸出電壓可在額定值基礎上,在5%到110%的范圍內方便地調節(12V、15V是±10%)。。
內部誤差放大器的負輸入端是輸出電壓的采樣值,正輸入端和Trim端相連。當Trim端懸空時,其上的電位由2.5V的基準源(Bandgap)決定,亦為2.5V,此時電路輸出為額定值。以簡單的外接電阻網絡,通過調節Trim端電壓(即誤差放大器的基準電壓),可相應地調節輸出電壓。
降壓時外接元件值的計算和額定輸出電壓無關。只需在Trim端和-OUT端間接一電阻和R5分壓以確定Trim端電壓。其值的計算方法如下(以-20%為例):
要使輸出電壓降低20%,Trim端電壓也需降低20%,這些電壓都降落在內部電阻R5上:
UR5=2.5V×20%=0.5V
IR5=0.5V/10kΩ=50μA
IR5=IRd
故 Rd=(2.5V-0.5V)/50μA=40kΩ
升壓時,需提高Trim端電壓,一般是從+OUT端接一電阻Ru到Trim端,故外接元件值的計算和額定輸出電壓相關。Ru的計算方法如下(以24V提高5%為例):
要使輸出電壓提高5%,Trim端電壓也需相應提高5%,這些電壓也都降落在內部電阻R5上(但方向和降壓時相反):
UR5=2.5V×5%=0.125V
IR5=0.125V/10kΩ=12.5μA
IR5=IRu
又 URu=Uout-Utrim
=(24V+24V×5%)-(2.5V+0.125V)
=22.575V
故 Ru=22.575V/12.5μA=1.8MΩ
當用VICOR模塊進行二次開發時,有時要利用Trim作用構成閉環(見本文的應用舉例),此時就不需要上述的電阻網絡。但需注意的是,對于‘-2XX’模塊,若Trim端電壓超過一定值時,模塊將會發生過壓保護關斷(OVPShutDown),此值額定為2.75V(實際值一般略高于此值,可達3V)。為避免模塊的保護性關斷,必須有措施防止此端電壓過高。
+IN、-IN:直流電壓輸入正、負端。輸入電壓可在額定值的-(20~50)%到+(25~60)%范圍內變動,具體值請參閱產品數據手冊。
GATEOUT:當多個模塊并聯以提高輸出功率時,此端輸出的脈沖信號可用于模塊間的同步。同步信號一般按‘雛菊鏈’連接,即一模塊的GATEOUT端連到下一模塊的GATEIN端,可以得到幾乎沒有限制的功率提升能力。
GATEIN:此端是集電極開路結構,可以看作模塊的使能/同步端。當它被拉低時(以-IN為基準,低于0.65V,6mA),模塊關閉;浮空時,模塊工作。另外,模塊頻繁開關時,此端接1μF左右電容,可提供軟起動作用。
?。玈、-S:正、負輸出電壓感受/遙感端。若+S端電壓高于額定輸出值的110%,將激活模塊的過壓保護作用(‘-JXX’無過壓保護作用),關閉模塊。-S端電位不可超過0.25V,否則電流限制點將提高。
這兩端用于遙感(REMOTESENSING),即當負載離模塊較遠、負載電流較大時,將+S和+OUT、-S和-OUT分別和負載兩端相連,模塊將略微提高輸出電壓以補償+OUT、-OUT連線上的降,從而保證負載上的電壓為額定值。當不需要遙感時,須將+S和+OUT、-S和-OUT直接相連。
TRIM:此端使輸出電壓在額定值的5%到110%的范圍內可調。
?。玂UT、-OUT:直流電壓輸出正、負端。
(1)若將輸出電壓調低,因為截流點(CURRENTLIMMITPOINT)并不隨之變化,輸出功率將降低。此外效率降低、輸出電壓紋波百分比升高、輸入電壓范圍變寬。注意,此時應提供一額定輸出功率1%的假負載,若調得低于75%,所需的假負載更大。
輸出電壓升高時,上述參數相反變化,此時應注意不可超過額定功率,因此,不可將輸出電壓調得高于額定值的110%。
(2)模塊應接到一呈低交流阻抗的源上。若不能保證源的低阻抗,應在模塊輸入端就近安裝一電解電容,其最小值為:C=400μF/Uin.min。
?。?)按VICOR的規程,即使沒有EMI/RFI要求,模塊也應被適當地旁路。一般可用RC串聯網絡將+IN、-IN分別和基板相連,C為Y級4700p,R是為降低Q值用,選1Ω。用RC并聯網絡將+OUT、-OUT分別和基板相連,C也為Y級4700p,R為2MΩ。連線應盡量短。
?。?)因VICOR模塊效率較高,對散熱的要求相對較低。但為了提高模塊及系統的MTBF,常規的散熱考慮和設計準則都應遵循。模塊和其散熱的底盤之間應有良好的導熱性,并且是電絕緣的。