DC/DC转换器改进封装,向高输出电流方向发展

上网时间: 2002年04月27日? 作者:毕伟胜? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:I DC/DC转换器?

分布式电源系统的日益普及,将推动DC/DC转换器成为电源供应业中发展最强劲的产品。然而,大量制造商的蜂拥而入、以及去年整个应用市场的疲软,造成2001年DC/DC转换器价格下跌了10~15%。为此,供应商纷纷转向高端产品设计。嵌入式DC/DC转换器正向更高电流、更少I2R损耗和改进封装的方向发展。

目前许多高速系统的工作电压范围都为1~3.3伏,这可以认为是一设计常数。现在的关键是提高系统输出电流到最高水平,紧接着是瞬态响应和封装。电流传输、电流密度、di/dt响应和同步整流等是今天设计者关注的主要问题。

温度因素的考虑推动了封装技术的进步。用户,特别是通讯领域的用户,对DC/DC转换器提出了更高的要求:能在尽可能高的温度上保持全额定输出而无减载运行,同时更具价格竞争力。因而,越来越多的开放式结构设计出现了。供应商们推出许多此类产品,大多数采用业界标准的砖尺寸封装和管脚,主要为隔离型电源。产品范围从50安培输出电流1/8砖到1/4砖转换器,以及80安培输出电流半砖转换器。

1/8砖转换器

1/8砖封装设计的目标是:使转换器能在通讯应用的外部温度环境中实现全额定输出。即工作在70摄氏度以下,没有外部冷却装置。

许多公司都在计划开发1/8砖转换器,它被认为是电源系统设计的一个新规范,但目前仍处于中间状态,尚无一个实际标准。Vicor公司的PowerStick是这个领域内美国的第一款产品,输出功率为75瓦。

天泓(Celestica)公司将于近期在其远东工厂量产1/8砖DC/DC转换器。该转换器的规格是2.28 x 0.8 x 0.36英寸,用于网络和网络集线器。天泓公司电源分部的总经理Chris Stratas说:“1/8砖转换器将和1/4砖转换器具有同样的管脚引线,以便于设计。”其输出电压为:1.8、2.5、3.3伏,输出电流为15~20A,若批量1,000件,单价为52美元。

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Datel公司最近宣布其ULE系列产品离试制只有一步之遥。隔离型单输出的ULE为单极、低成本1/8砖转换器,定位于公司新近的USQ 1/4砖系列中。其输入电压为12、24或48伏,输出电压范围1.2~15伏,输出功率50瓦,工作电流接近20安培。ULE的价格将在50美元以下。

管脚兼容性是该设计的最大特点。Datel公司的产品市场部经理Bob Leonard说:“在2.28 x 0.78英寸封装中,我们可以使之成为1/4砖管脚。1/8砖封装支持许多系统选项。用户可以采用两个1/8砖封装来形成一个1/4砖封装,包含有两个独立的输出;或者采用四个1/8砖封装形成半砖封装。所有这些单元都有独立的控制回路。”

di/dt公司(di/dt, Inc.)设计的1/8砖转换器的输出功率为50瓦,并可能采用1/4砖管脚。该公司营销副总裁Bob Cantrell指出,该技术至少涉及到20项专利,其中许多与温度考虑有关。

1/4砖转换器

1/4砖封装(该封装面积约为2.3 x 1.45英寸)和半砖封装是目前DC/DC转换器研究最多的。竞争集中在:快速研制出具有最大输出电流、能在工作温度以上保持全额输出的产品。越来越多的转换器采用同步整流结构,这意味着转换效率可以达到90%左右。

Artesyn科技公司推出的1/4砖同步整流、开放结构模块的EXQ50系列只有0.4英寸厚,输出电压1.8、2.5、3.3、5伏,输出功率50瓦,最大电流达20安培(输出电压最大2.5伏)。它适用于-40~90摄氏度工作环境。该公司表示,与其它转换器相比,EXQ50系列能在低气流或自然对流条件下传送更多有用功。Artesyn公司早期发布的EXQ60是双输出1/4砖封装,输出功率60瓦。输出电压3.3伏时最大输出电流15安培,5伏时输出电流12安培。

另一款低电压高电流产品是di/dt公司的QL48T30/S30,0.8伏型输出电流为30安培。

Celestica最近发布QHS40系列1/4砖封装产品,输出电压为1.2伏、1.8伏、2.5伏,输出电流达40安培,1.8伏型效率可达87%。若批量1,000件,单价为75美元。

SynQor公司也许是第一家广泛采用同步整流技术的公司。该公司新发布PowerQor QTA Tera系列产品,输入电压48伏,输出电压1.2伏~2.5伏时输出电流为40安培,3.3伏时输出电流为35安培,并不需要散热片。在55摄氏度时这些转换器能够实现全额定输出(300-LFM气流)。若批量1,000件,单价为96美元。

Datel公司的100瓦单输出USQ系列产品也是1/4砖封装,有65种型号,输入电压为24伏或48伏,输出电压范围为1.2~18伏,输出电流为20、30或40安培。其优势在于较宽的电流、电压、输入电压和输出电压比,以及低廉的价格(对OEM的单价是65美元)。它可以提供半砖封装的典型输出电流量、输出功率和性能。50%~75%负载时转换器的瞬态响应为200微秒,±1%。线性与负载调节为最大±0.05%,峰峰值噪声为50毫伏。在-40~60摄氏度范围内转换器能够实现全额定输出,而不需要散热片。加上散热片后,工作温度范围可以扩展到100摄氏度。平均故障时间大于2.5百万小时。

控制电流密度和输出电流意味着降低I2R功率损耗以提高功效和减小温度的影响。Broadband Telcom Power公司在其HQ系列同步整流1/4砖转换器中采用了平板矩阵变压器。其输入电压为48伏,输出电压在1.8伏、2.5伏、3.3伏时最大电流分别为50安培、45安培和40安培。HQ是目前最大输出电流的1/4砖转换器。Broadband Telcom Power公司还计划推出更高电流1/4砖尺寸封装转换器。

该公司通过多层磁芯、单绕技术,在磁芯中分配输出电流,因而降低I2R损耗到系数4。另外,在磁芯中集成了转换器1:1变压器的次级线圈,以减少传递到外部环境的热量。采用薄壁来设计磁芯以减少涡流损耗和提供短的热通路。平板变压器技术的不足之处在于:转换器面积稍大,但厚度较小。若批量1,000件,单价为95美元。

半砖转换器

半砖封装(面积约为2.3 x 2.4英寸)也面临着高输出电流问题。Artesyn、Synqor和 爱立信微电子公司都在销售低电压、高电流(60安培)产品。去年11月份,Tyco电子电源系统推出了1~12伏厚度较小(0.38英寸)的JRW-070系列转换器,该系列为半砖单板封装,输出电流达70安培。3.3伏型JRW070功效达91%。若批量1,000件,单价为117美元。

Tyco公司的半砖JHW133W系列是第一款用于宽带无线和光网络市场的DC/DC双输出转换器,5/3.3伏型或3.3/2.5伏型输出电流为16安培。

Astec电源公司推出了第一款80安培半砖转换器ALH80/AEH80系列产品。该系列有三种型号:输入电压48伏,输出1.2伏、1.5伏和1.8伏。它包括开放结构的ALH80型号和带有散热片适配器板的AEH80型号。两者都适用于许多领域,如无线基站、集线器、路由器和仪器仪表等。若批量1,000件,单价为130美元。

其他封装的转换器

小型分布式低电源和N+1型体系结构的发展,使较大尺寸封装转换器的用户越来越少。Power-One 公司2001年推出的TXS 3/4砖(面积为2.45 x 3.45英寸)转换器是为数不多的用于分布式电源的较大尺寸封装产品,他的输出电流为100安培,输出功率150瓦,它扩展了原先定义的集中低功率体系结构。

市场对全砖 (其面积为4.6 x 2.5英寸)转换器的需求还是比较大。2002年将会有一些用于500瓦应用的新型转换器推出。

Broadband Telcom Power公司推出了比全砖尺寸封装稍大的产品。这款产品输出功率为960瓦,输出电流为185安培,采用了平板变压器技术。该产品为共享电流、多模块方案的单个高可靠性替代产品。

除了用于各种计算机和桌面电源体系结构的砖尺寸封装,非标准尺寸封装转换器也在进行竞争。这类产品通常是不需要全额定输出砖封装DC/DC转换器的廉价替代品。许多DC/DC砖转化器供应商也生产此类产品。非砖尺寸封装正在相互整合以形成几种标准的尺寸和管脚。新推出的产品有20种以上,包括Datel公司的UHE系列20安培型;Astrodyne公司的FDC60,单输出和双输出电压范围3.3伏到15伏;Astrodyne公司CostCutter系列,面积为3.25 x 0.75英寸,输出功率为60瓦,但590LFM条件下、温度71摄氏度以上性能会下降。

作者:毕伟胜


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