高效率小尺寸双向DC-DC变换器设计(一) - 典型应用及常见拓扑

此次讲座的主题是
双向直流变换器的典型应用 常见拓扑以及TI的主流方案 
双向直流变换器的第一种典型应用 车载48V 12V 双向变换器 目前大多数的小汽车仍在使用12V的供电系统 但是随着车载电子系统日渐丰富电能的需求将会显著增加 目前有些系统电能需求已经将近3kW 也就是说将会达到12V 250安培 这将接近12V供电系统的极限 不仅系统成本大幅提高 更会降低系统的能量转换效率 为解决此问题48V母线系统将会被采纳 以实现对高能耗电子部件的有效供电 该双向直流变换器应用及方案系列培训 包含四个主题 第一个主题典型应用及常见拓扑 其中包含了车载变换器服务器电源 with LES 硬开关 vs 软开关三个小的主题 第二个大的主题是
500W超小型设计TIDA-00705 其中包含了方案总体介绍 关键性能指标 关键器件选择三个小的主题 第三个主题是2000W双向变换器方案TIDA-00951 其中包含总体介绍及典型应用方案框图
 关键性能指标 三个小的主题 最后一个大的主题是1.6kW 48V/12V 设计方案 其中包含总体技术指标方案拓扑介绍 关键测试结果 等三个小的主题 该页列举了一些典型的高能载电子部件 比如 空调压缩机 各种泵浦和马达冷却风扇 电子助力转向系统等 另外一个采用48V供电母线的原因是 汽车的起停操作系统 该系统用于刹车或减速时的能量回收 此回收的能量
将作为补充功率用于车辆的加速 从而能提高10%到13%的燃油使用效率 甚至可以允许使用更小型的发动机 有一点需要说明的是12V 48V双供电母线架构的普及 将取决于高能量密度的48V冷启动技术的成熟度 一旦成熟生产商将能
快速切换到48V系统组件和器件 
双向直流变换器的第二个典型应用 数据中心服务器的储能系统本地储能系统LES 是数据中心服务系统的一种新架构 用于替代传统的UPS 该架构不仅能够减小储能系统的占地面积 而且可以系统降低成本 LES架构最早由微软提出并被行业快速接纳 相较于UPS系统LES将减少9%的能耗 并节省25%的占地空间 在局部故障时可以支持热插拔维护检修 从而减小故障对整个数据中心服务器的影响 对于具备LES功能的服务器电源 双向直流变换器将是其重要的组成单元 系统正常运行时 该双向变换器将 将前级整流器输出的12V电压 用于LES总的电池充电一旦主电网停电 LES的双向直流变换器
将把其电池组的能量反向转换为12V直流 给系统继续供电 一个优秀的服务器
LES双向直流变换器 其设计将面临以下主要挑战 一 小型化 也就是需要大大提高转换器的功率密度 二 高效率以达到80加白金钛金的标准 三 充电放电模式的平滑切换从而确保服务器的平稳运行 四 电池组的监控保护以实现产品的高可靠运行 非隔离双向直流变换器最常见的拓扑 是硬开关同步buck 另一种常见的拓扑是ZVS软开关同步buck 该表是两种拓扑优缺点的对比 硬开关同步buck的优点
是简单 固定频率 电感电流纹波小 其缺点是开关节点 震荡电压的伏值高以及高供模电压噪声 ZVS软开关同步buck的优点是软开关高效率 低供模电压噪声 其缺点是变频控制复杂电感电流纹波大