本章主要介绍电源常见拓扑以及相应的解决方案,电源拓扑形态各异,又是几种基本拓扑的衍生与组合,如下拓扑只作参考,感兴趣想深入挖掘的可以网上搜索其工作机理与时序等。
单向交错PFC+LLC
单向三通道交错PFC+全桥
单向三相PFC+LLC
双向图腾PFC+LLC
双向三通道交错图腾PFC+移相全桥
双向三相图腾PFC+LLC
移相全桥+全波整流
移相全桥+全桥整流
同步升压+LLC+全波整流
移相全桥+倍流
三相维也纳+“I”三电平移相全桥
反激
实际涉及到的产品可以参考下图,从交直流输入端用的过流保护器件保险丝,滤波回路并联的压敏电阻与气体放电管作为雷击浪涌保护,DC/DC或DC/AC涉及到MOSFET/IGBT/Diode/Thyristor/驱动IC以及尖峰电压保护TVS,交直流电流检测采用电流传感器或者精密电阻,交直流输出端采用过流保险丝,软件编程用到拨码开关,电源按键开关,如果是储能产品还会用到TVS/ESD/PTC以及三端保险丝作为BMS保护。产品系列相对较多,电气参数、结构尺寸与安装方式差异需根据设计需求调整。
另外再次分享以往的文章介绍到两个非常实用又高性价比的方案,碰到过问题的人才会有种相见恨晚的感觉,小东西解决大麻烦必备神器。
功率器件过压保护方案:有源钳位
如下为典型的有源钳位电路,此电路里面采用2个TVS串联构成,其优点体现在可以耐受更高回路电压,同时可以吸收更大的浪涌能量。其工作原理为:在IGBT集电极电压过高时TVS被击穿,通过限流电阻流进门极,门极电容被充电,在门极电阻Rg两端叠加左负右正电压,因此Vge电压得到抬升,从而使IGBT延缓关断,di/dt斜率变缓,杂散电感产生的电压尖峰减小。
如下两图为实测结果,可见回路杂散电感较大,此时未加TVS的IGBT两端电压Vce达到1098V,而加TVS后Vce电压为591V,通过IGBT进入非线性区的方式来吸收浪涌,IGTB芯片较大而不会损坏,同时TVS可以采用SMB封装DO-214AA,小尺寸办大事。
雷击浪涌低残压方案:MOV+Sidactor
在实际项目有时会遇到压敏电阻残压太高的情况,常见的解决方案为选择更大尺寸的压敏或者采用2-3级压敏方案,甚至第三级采用TVS,不止成本增加,布板空间也被挤占。
如下针对单相电源MOV+Sidactor方案,横坐标为浪涌电压,纵坐标为残压,可以看出MOV+Sidactor可以降残压300+V,对于后级MOSFET/IGBT电压的应力就小很多。
同时在高压下MOV+Sidactor方案漏电流更小,我们都知道压敏作为材料器件,浪涌次数不是无限次的,打一次就衰减一次,其漏电流可能因此增加,到后面出现失效的情况,而MOV+Sidactor通过减小漏电流的方式可以延长其使用寿命。
关于保护器件与功率器件等产品系列有非常多,想想还是不一一罗列了,感兴趣的可以翻翻以往的文章。类似的项目应用都有可能选到不一样的产品规格,这个跟研发习惯与设计需要达到的效果都有关系,也是百舟争渡又各自独具特色,理工人的魅力。