该DC/DC模块电路结构和通常的斩波DC/DC转换器相似,可参考原理框图及相关资料,这里不再赘述。 在原理上,VICOR模块区别于通常产品之处主要是它使用了软开关的ZCS技术。
通常的硬开关斩波器波形近似为矩形波,即强迫开关器件在电压不为零时开通,电流不为零时关断,这样在矩形波的边沿就会因寄生参数而产生高频振荡,导致开关损耗增大,频率越高,开关损耗越大;而VICOR模块应用谐振技术,使开关器件中的电流波形近似于半周期的正弦信号,这样开关的导通、关断时刻都对应零输入电流(即开关管电流),从而即使开关频率超过1MHz,开关损耗也只占极小的百分比。高的开关频率、低的开关损耗便产生了一系列优点:功率密度高、传导和辐射噪声小、响应快、转换效率高等。
VICOR模块的另一特点是输出电压可在额定值基础上,在5%到110%的范围内方便地调节(12V、15V是±10%)。。
内部误差放大器的负输入端是输出电压的采样值,正输入端和Trim端相连。当Trim端悬空时,其上的电位由2.5V的基准源(Bandgap)决定,亦为2.5V,此时电路输出为额定值。以简单的外接电阻网络,通过调节Trim端电压(即误差放大器的基准电压),可相应地调节输出电压。
降压时外接元件值的计算和额定输出电压无关。只需在Trim端和-OUT端间接一电阻和R5分压以确定Trim端电压。其值的计算方法如下(以-20%为例):
要使输出电压降低20%,Trim端电压也需降低20%,这些电压都降落在内部电阻R5上:
UR5=2.5V×20%=0.5V
IR5=0.5V/10kΩ=50μA
IR5=IRd
故 Rd=(2.5V-0.5V)/50μA=40kΩ
升压时,需提高Trim端电压,一般是从+OUT端接一电阻Ru到Trim端,故外接元件值的计算和额定输出电压相关。Ru的计算方法如下(以24V提高5%为例):
要使输出电压提高5%,Trim端电压也需相应提高5%,这些电压也都降落在内部电阻R5上(但方向和降压时相反):
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
当用VICOR模块进行二次开发时,有时要利用Trim作用构成闭环(见本文的应用举例),此时就不需要上述的电阻网络。但需注意的是,对于‘-2XX’模块,若Trim端电压超过一定值时,模块将会发生过压保护关断(OVPShutDown),此值额定为2.75V(实际值一般略高于此值,可达3V)。为避免模块的保护性关断,必须有措施防止此端电压过高。
+IN、-IN:直流电压输入正、负端。输入电压可在额定值的-(20~50)%到+(25~60)%范围内变动,具体值请参阅产品数据手册。
GATEOUT:当多个模块并联以提高输出功率时,此端输出的脉冲信号可用于模块间的同步。同步信号一般按‘雏菊链’连接,即一模块的GATEOUT端连到下一模块的GATEIN端,可以得到几乎没有限制的功率提升能力。
GATEIN:此端是集电极开路结构,可以看作模块的使能/同步端。当它被拉低时(以-IN为基准,低于0.65V,6mA),模块关闭;浮空时,模块工作。另外,模块频繁开关时,此端接1μF左右电容,可提供软起动作用。
+S、-S:正、负输出电压感受/遥感端。若+S端电压高于额定输出值的110%,将激活模块的过压保护作用(‘-JXX’无过压保护作用),关闭模块。-S端电位不可超过0.25V,否则电流限制点将提高。
这两端用于遥感(REMOTESENSING),即当负载离模块较远、负载电流较大时,将+S和+OUT、-S和-OUT分别和负载两端相连,模块将略微提高输出电压以补偿+OUT、-OUT连线上的降,从而保证负载上的电压为额定值。当不需要遥感时,须将+S和+OUT、-S和-OUT直接相连。
TRIM:此端使输出电压在额定值的5%到110%的范围内可调。
+OUT、-OUT:直流电压输出正、负端。
(1)若将输出电压调低,因为截流点(CURRENTLIMMITPOINT)并不随之变化,输出功率将降低。此外效率降低、输出电压纹波百分比升高、输入电压范围变宽。注意,此时应提供一额定输出功率1%的假负载,若调得低于75%,所需的假负载更大。
输出电压升高时,上述参数相反变化,此时应注意不可超过额定功率,因此,不可将输出电压调得高于额定值的110%。
(2)模块应接到一呈低交流阻抗的源上。若不能保证源的低阻抗,应在模块输入端就近安装一电解电容,其最小值为:C=400μF/Uin.min。
(3)按VICOR的规程,即使没有EMI/RFI要求,模块也应被适当地旁路。一般可用RC串联网络将+IN、-IN分别和基板相连,C为Y级4700p,R是为降低Q值用,选1Ω。用RC并联网络将+OUT、-OUT分别和基板相连,C也为Y级4700p,R为2MΩ。连线应尽量短。
(4)因VICOR模块效率较高,对散热的要求相对较低。但为了提高模块及系统的MTBF,常规的散热考虑和设计准则都应遵循。模块和其散热的底盘之间应有良好的导热性,并且是电绝缘的。