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双向DC/DC电源:我们该走哪条路?

2017-01-04 Steve Taranovich 阅读:
随着我们的发展,我们预计2017年将会出现更多这种采用双向DC/DC转换器架构的应用。我们甚至看到了全SiC DC/DC双向DC/DC转换器。GaN也是一种会用于这些系统的功率元件,因此我们也有望看到更多采用该技术的设计。

双向DC/DC转换器已经存在有一段时间了,但是新的应用正在迅速出现,它们需要在更多的系统中使用这种架构。当今的应用需要更高的电源效率以及这类系统,因为太阳能或风力发电需要存储电能,以至于在没有风或太阳时,供电不会中断。z2nednc

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图1:双向DC/DC转换器可用于能量存储系统中。(图片由TDK Lambda提供)z2nednc

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电池备用系统需要双向DC/DC转换器,因为电池在电源可用的时候进行充电,但是在电力中断的情况下,电池将会成为备用电源。Vicor公司凭借其新的双向DC/DC拓扑结构,为该领域提供了一种很好的解决方案。z2nednc

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图2:Vicor新隔离双向DC/DC转换器拓扑(图片由Vicor提供)z2nednc

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Vicor搭建了一个原型,具有300W输入用于电池充电和1500W输出用于支持总线负载。该原型可以通过使用并联技术和一些重配置来设计更高的功率。Vicor有一篇名为《一款用于直流总线和电池组接口的新型高效隔离双向DC-DC转换器(A New High Efficiency Isolated Bi-Directional DC-DC Converter for DC-Bus and Battery-Bank Interface)”的优秀文章》,该文由Xiaoyan Yu和Paul Yeaman共同主笔。z2nednc

在汽车领域,我们现在必须考虑用高压电源架构管理电动汽车/混合动力汽车(EV/HEV)中的电池。混动汽车具有再生制动功能,它存储这一能量用于在加速期间提供所需的额外能量。EV/HEV双电压系统具有12V和48V电池,需要双向DC/DC转换。z2nednc

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图3:一款48V至12V双向DC/DC转换器(图片由德州仪器提供)z2nednc

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Intersil开发了首款6相双向DC/DC控制器ISL78226。该器件可提供高达3.75kW的功率,效率高达95%以上。z2nednc

图4是一款带有48V轻度混合动力系统的汽车。它在标准的非混合动力系统之上进行了一些改动——增加了一个48V电池,以及12V起动交流发电机由48V起动发电机替代。最后,它添加了一个DC/DC转换器,用于对48V总线和12V总线进行桥接。这样,由48V起动发电机产生的电力用于对12V电池充电并为所有未更改的12V电子器件供电。ISL78226是DC/DC转换器的核心。z2nednc

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图4:48V轻度混动车上的12V和48V电路板网络。(图片提供:Intersil)z2nednc

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因此,随着我们的发展,我们预计2017年将会出现更多这种采用双向DC/DC转换器架构的应用。我们甚至看到了全SiC DC/DC双向DC/DC转换器。GaN也是一种会用于这些系统的功率元件,因此我们也有望看到更多采用该技术的设计。z2nednc

延伸阅读:

无线电源:无线供电将于2017年推进。Wurth Elektronik正在与ROHM半导体公司合作,使设计人员能够在其无线电源参考设计之外,使用无线电源设计套件加快上市时间。宜普电源转换(EPC)公司具有一些非常好的无线电源用eGaN功率元件解决方案,并具有一些优秀的应用笔记以及对设计人员非常友好的评估板。无线电源联盟(WPC)正在将Qi标准解决方案和势头推向市场。2015年,无线电力联盟(A4WP)和电源事务联盟(PMA)合并。在2016年11月的无线电源峰会上,戴尔、惠普、迪士尼、海尔和ZPower等公司出席,这预示着将在2017年取得一些进展。苹果还没有推出集成无线充电解决方案,但有谈论说苹果将在其最新iPhone的外壳上启用无线充电。此外,现在市面上也已经有许多第三方开发商为iPhone 7开发的无线充电外壳。2017年的CES展上,将会看到有关这一领域的更多研发。z2nednc

可穿戴电子产品电源:物联网(IoT)将在2017年快速增长,特别是在针对健身和医疗应用的可穿戴设备领域。某些严苛的问题可能需要电池工作更长时间才去充电,并且使用开关调节器产生的电源偏置噪声可能会干扰扩频通信设备及导航和定位设备。像TransSiP这样的公司已经用它们针对开关噪声抖动(SNJ)调节JC-PFM技术提出的解决方案来应对这些挑战。凌力尔特公司也为可穿戴电源提供了一些新的解决方案。他们的LTC3388-1是一款超低静态电流同步降压转换器,该器件与具有板载精密库仑计的纳瓦级高效率同步升降压转换器LTC3335一起应对低功耗需求。LTC3331是一款能量采集解决方案IC,它为智能可穿戴设备供电提供了一种新思路。无疑,更多的创新将会在2017年到来。z2nednc

(原文发表于EDN美国版,链接:www.edn……;Franklin Zhao编译)z2nednc


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Steve Taranovich
EDN资深技术编辑。Steve Taranovich是EE Time姊妹网站Planet Analog的主编,也是EDN的高级技术编辑。 Steve在电子行业拥有40年的从业经验。 他在纽约布鲁克林理工大学获得电子工程硕士学位,在纽约布朗克斯纽约大学获得BEEE学位。 他还是IEEE长岛教育活动委员会主席。 他在Burr-Brown和德州仪器公司工作多年,在模拟设计方面有丰富的经验,并有着嵌入式处理的教育背景。 Steve做了16年的电路设计工程师,随后他成为Burr-Brown Corp的首批现场应用工程师之一,并成为他们首批前往欧洲、印度和中国的全球客户经理之一。
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