您现在的位置是:首页 > AC/DC > 技术解析

从48V转换到3.3V,看电源转换器效率

时间:2018-10-10 来源:互联网 关键字:效率   电源转换器   

对于需要从高输入电压转换到极低输出电压的应用,有不同的解决方案。一个有趣的例子是从48 V转换到3.3 V。这样的规格不仅在信息技术市场的服务器应用中很常见,在电信应用中同样常见。

本文引用地址: http://power.21ic.com//ac/technical/201810/62832.html


图1. 通过单一转换步骤将电压从48 V降至3.3 V


如果将一个降压(降压器)用于此单一转换步骤,如图1所示,会出现小占空比的问题。占空比反映导通时间(当主开关导通时)和断开时间(当主开关断开时)之间的关系。降压转换器的占空比由以下公式定义:



当输入电压为48 V而输出电压为3.3 V时,占空比约为7%。


这意味着在1 MHz(每个开关周期为1000 ns)的开关频率下,Q1开关的导通时间仅有70 ns。然后,Q1开关断开930 ns,Q2导通。对于这样的电路,必须选择允许最小导通时间为70 ns或更短的开关稳压器。如果选择这样一种器件,又会有另一个挑战。通常,当以非常小的占空比运行时,降压调节器的高功率转换效率会降低。这是因为可用来在电感中存储能量的时间非常短。电感器需要在较长的关断时间内供电。这通常会导致电路中的峰值电流非常高。为了降低这些电流,L1的电感需要相对较大。这是由于在导通时间内,一个大电压差会施加于图1中的L1两端。


在这个例子中,导通时间内电感两端的电压约为44.7 V,开关节点一侧的电压为48 V,输出端电压为3.3 V。电感电流通过以下公式计算:



如果电感两端有高电压,则固定电感中的电流会在固定时间内上升。为了减小电感峰值电流,需要选择较高的电感值。然而,更高的电感值会增加功率损耗。在这些电压条件下,ADI 的高效率 μModule?稳压器在4 A输出电流时仅实现80%的功率效率。


目前,非常常见且更高效的提高功率效率的电路解决方案是产生一个中间电压。图2显示了一个使用两个高效率降压调节器的级联设置。第一步是将48 V电压转换为12 V,然后在第二转换步骤中将该电压转换为3.3 V。当从48 V降至12 V时,LTM8027 μModule稳压器的总转换效率超过92%。第二转换步骤利用LTM4624将12 V降至3.3 V,转换效率为90%。这种方案的总功率转换效率为83%,比图1中的直接转换效率高出3%。


图2. 电压分两步从48 V降至3.3 V,包括一个12 V中间电压


这可能相当令人惊讶,因为3.3 V输出上的所有功率都需要通过两个独立的开关稳压器电路。图1所示电路的效率较低,原因是占空比较短,导致电感峰值电流较高。


比较单步降压架构与中间总线架构时,除功率效率外,还有很多其他方面需要考虑。但是,本文只打算讨论功率源转换效率的重要方面。这个基本问题的另一种解决方案是采用新型混合降压控制器LTC7821。它将电荷泵动作与降压调节结合在一起。这使得占空比达到2 × VIN/VOUT,因此可以在非常高的功率转换效率下实现非常高的降压比。


中间电压的产生对于提高特定电源的总转换效率可能相当有用。为了提高图1中极小占空比下的转换效率,业界进行了大量开发工作。例如,可以使用非常快速的GaN开关来降低开关损耗,从而提高功率转换效率。然而,这种解决方案的成本目前还高于级联解决方案(例如图2所示)。

换一批

延伸阅读

[资讯] 晶硅光伏电池效率创26.3%世界纪录

晶硅光伏电池效率创26.3%世界纪录

据悉,日本Kaneka公司的研究人员已经研制出了转换效率达到破纪录的26.3%(比之前的纪录提高了0.7%)的单晶体硅异质结太阳能电池。虽然看上去也许并未提高很多,但考虑到这类电池的理论极限效率仅为29%,这真的是一大进步了。 ......

关键字:晶硅光伏电池 太阳能电池效率

[资讯] 新研究:小分子有机太阳能电池效率可增50%

新研究:小分子有机太阳能电池效率可增50%

美国加州大学圣巴巴拉分校的研究人员证明,通过在一种小分子有机太阳能电池的活性层和电极之间调谐活性层的厚度并嵌入一个光学间隔,便可使小分子有机太阳能电池的效率获得......

关键字:有机太阳能 电池效率 新能源

[资讯] 智能电源为实现全面智能化铺平道路

智能电源为实现全面智能化铺平道路

如今,无论是发电、转换和配电还是电流的储存与使用,半导体对于打造高效能源生态系统的贡献越来越大。事实上,到2030年,在美国将有80%的能量流通过半导体器件进行传输。......

关键字:电源 智能化 电源转换器

[资讯] 新型黑硅太阳能电池来袭 效率更上一层楼!

新型黑硅太阳能电池来袭 效率更上一层楼!

太阳能作为一种绿色能源,特别是当前空气污染日趋严重,各国都非常重视太阳能的利用,虽然现在太阳能技术的应用已经比较普及,但是从目前的技术发展来看,能源转化效率还是......

关键字:太阳能电池 能源转换效率

[疯狂史] 一个只会投机取巧的程序员的奇葩经历,编程没有“捷径”

一个只会投机取巧的程序员的奇葩经历,编程没有“捷径”

在讲述这个故事之前,我有一句话要说:编程是一件特别难的事情!成为优秀的程序员没有捷径,你要拥有高智商,要保持谦逊,还要不断的努力,犯错,在错误中成长,深刻理解你所学习的材料。但是有些人就是一定要寻找捷径,而其中之一,就是使用欺诈的手段。......

关键字:程序员 编程

[疯狂史] 忆当年硬件开发梦:就俩字,TM青涩!

忆当年硬件开发梦:就俩字,TM青涩!

此文仅献给那些刚刚踏上硬件之路和还在徘徊的同学们,在此我简要的记录了我的学习经历和其间自己所获的一些心得,以帮助初学者少走弯路。......

关键字:硬件开发 硬件学习

[疯狂史] 西方技术人眼中的东方技术人

西方技术人眼中的东方技术人

你对这些来自东方的程序员有没有一些总结性的看法和观点(比如:他们是否合作,是否能按时提交代码,写出的程序是否有质量?)。依据是什么?......

关键字:程序员 东方 西方

[真心话] 单片机大师郭天祥的大学六年,看看与你的有何不同?

单片机大师郭天祥的大学六年,看看与你的有何不同?

在哈尔滨工程大学五年,我在学校电子创新实验室呆了四年,这四年里创新实验室给我提供了良好的学习环境和完善的实验设备;在这里与众多电子爱好者的交流中,使我学到了更多的专业知识;在学校老师们的教导下,让我学会了如何做一名合格的大学生。......

关键字:单片机 郭天祥
发表评论 共有条评论
用户名: 验证码:

变频器内部主电路有什么神奇?

变频器内部主电路有什么神奇?

采用“交-直-交”结构的低压变频器,其内部主电路由整流和逆变两大部分组成.……

精确稳定 让平均电流法帮你实现模块电源并联

精确稳定 让平均电流法帮你实现模块电源并联

今天要为大家介绍的是平均电流法,这种方法能够精确稳定的帮助工程师实现电源模块的并……

九款最简单的电子镇流器电路图原理图分析

九款最简单的电子镇流器电路图原理图分析

从工作原理而言,电子镇流器是一个电源变换电路,它将交流输入市电电源的波形、频率和……

项目外包