1引言

DC/DC模塊是目前電源產(chǎn)業(yè)中較為成熟的產(chǎn)品,，國(guó)內(nèi)外許多廠家都有其技術(shù)成熟、各具特色的品種,、規(guī)格,。DC/DC模塊的廣泛應(yīng)用,，簡(jiǎn)化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品可靠性,，為DC/DC,、DC/AC產(chǎn)品的二次開發(fā)提供了有利條件。

VICOR(懷格)公司是美國(guó)的專業(yè)模塊電源生產(chǎn)廠家,，其產(chǎn)品最大特點(diǎn)是功率密度高,、可靠性好。產(chǎn)品系列覆蓋10W～600W,，輸入輸出隔離,，使用方便，廣泛應(yīng)用于電信,、工控,、電力電子、軍工,、三航等領(lǐng)域,。第一代VICOR模塊借以提高電源轉(zhuǎn)換效率的核心技術(shù)是ZCS（零電流開關(guān)）技術(shù)；第二代VICOR模塊使用了ZCS/ZVS（零電流/零電壓開關(guān)）技術(shù),，為通信專用48V輸入系列,。二者原理相似,，并且功能、管腳兼容,這里以現(xiàn)在市場(chǎng)上較多的VICOR第一代模塊（VI－2XX,、VI－JXX,、MI－2XX、MI－JXX等）為例,，介紹該類產(chǎn)品的原理及應(yīng)用過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn),。

圖1原理框圖（VI－J00系列無(wú)＊部分）

圖2ZCS技術(shù)

2VICOR模塊介紹

2.1原理簡(jiǎn)介

該DC/DC模塊電路結(jié)構(gòu)與通常的斬波DC/DC轉(zhuǎn)換器相似，可參考原理框圖（見圖1）及相關(guān)資料,，這里不再贅述,。

在原理上，VICOR模塊區(qū)別于通常產(chǎn)品之處主要是它使用了軟開關(guān)的ZCS技術(shù),，見圖2,。

通常的硬開關(guān)斬波器波形近似為矩形波，即強(qiáng)迫開關(guān)器件在電壓不為零時(shí)開通,，電流不為零時(shí)關(guān)斷,，這樣在矩形波的邊沿就會(huì)因寄生參數(shù)而產(chǎn)生高頻振蕩，導(dǎo)致開關(guān)損耗增大,，頻率越高,，開關(guān)損耗越大；而VICOR模塊應(yīng)用諧振技術(shù),，使開關(guān)器件中的電流波形近似于半周期的正弦信號(hào),，這樣開關(guān)的導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)刻都對(duì)應(yīng)零輸入電流（即開關(guān)管電流）,，從而即使開關(guān)頻率超過(guò)1MHz,，開關(guān)損耗也只占極小的百分比。高的開關(guān)頻率,、低的開關(guān)損耗便產(chǎn)生了一系列優(yōu)點(diǎn)：功率密度高,、傳導(dǎo)和輻射噪聲小、響應(yīng)快,、轉(zhuǎn)換效率高等,。

VICOR模塊的另一特點(diǎn)是輸出電壓可在額定值基礎(chǔ)上，在5％到110％的范圍內(nèi)方便地調(diào)節(jié)(12V,、15V是±10％),。電路原理參見圖3。

內(nèi)部誤差放大器的負(fù)輸入端是輸出電壓的采樣值,，正輸入端與Trim端相連,。當(dāng)Trim端懸空時(shí)，其上的電位由2.5V的基準(zhǔn)源（Bandgap）決定，亦為2.5V,，此時(shí)電路輸出為額定值,。以簡(jiǎn)單的外接電阻網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)調(diào)節(jié)Trim端電壓（即誤差放大器的基準(zhǔn)電壓）,，可相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸出電壓。

圖3VICOR模塊調(diào)壓原理

圖4DC/DC模塊管腳

降壓時(shí)外接元件值的計(jì)算與額定輸出電壓無(wú)關(guān),。只需在Trim端與－OUT端間接一電阻與R5分壓以確定Trim端電壓,。其值的計(jì)算方法如下（以－20％為例）：

要使輸出電壓降低20％，Trim端電壓也需降低20％,，這些電壓都降落在內(nèi)部電阻R5上：

UR5=2.5V×20％=0.5V

IR5=0.5V/10kΩ=50μA

IR5=IRd

故Rd=(2.5V－0.5V)/50μA=40kΩ

升壓時(shí),，需提高Trim端電壓，一般是從＋OUT端接一電阻Ru到Trim端,，故外接元件值的計(jì)算與額定輸出電壓相關(guān),。Ru的計(jì)算方法如下（以24V提高5％為例）：

要使輸出電壓提高5％，Trim端電壓也需相應(yīng)提高5％,，這些電壓也都降落在內(nèi)部電阻R5上（但方向與降壓時(shí)相反）：

UR5=2.5V×5％=0.125V

IR5=0.125V/10kΩ=12.5μA

IR5=IRu

又URu=Uout－Utrim

=(24V＋24V×5％)－(2.5V＋0.125V)

=22.575V

故Ru=22.575V/12.5μA=1.8MΩ

當(dāng)用VICOR模塊進(jìn)行二次開發(fā)時(shí),，有時(shí)要利用Trim功能構(gòu)成閉環(huán)（見本文的應(yīng)用舉例），此時(shí)就不需要上述的電阻網(wǎng)絡(luò),。但需注意的是,，對(duì)于‘－2XX’模塊，若Trim端電壓超過(guò)一定值時(shí),，模塊將會(huì)發(fā)生過(guò)壓保護(hù)關(guān)斷（OVPShutDown）,，此值額定為2.75V（實(shí)際值一般略高于此值，可達(dá)3V）,。為避免模塊的保護(hù)性關(guān)斷,，必須有措施防止此端電壓過(guò)高。

2.2管腳含義及接法

DC/DC模塊管腳圖見圖4,。

＋I(xiàn)N,、－IN：直流電壓輸入正、負(fù)端,。輸入電壓可在額定值的－（20～50）％到＋（25～60）％范圍內(nèi)變動(dòng),，具體值請(qǐng)參閱產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)。

GATEOUT：當(dāng)多個(gè)模塊并聯(lián)以提高輸出功率時(shí),，此端輸出的脈沖信號(hào)可用于模塊間的同步,。同步信號(hào)一般按‘雛菊鏈’連接，即一模塊的GATEOUT端連到下一模塊的GATEIN端,，可以得到幾乎沒(méi)有限制的功率提升能力,。

GATEIN：此端是集電極開路結(jié)構(gòu)，可以看作模塊的使能/同步端。當(dāng)它被拉低時(shí)（以－IN為基準(zhǔn),，低于0.65V,，6mA），模塊關(guān)閉,；浮空時(shí),，模塊工作。另外,，模塊頻繁開關(guān)時(shí),，此端接1μF左右電容，可提供軟起動(dòng)功能,。

＋S,、－S：正、負(fù)輸出電壓感受/遙感端,。若＋S端電壓高于額定輸出值的110％,，將激活模塊的過(guò)壓保護(hù)功能（‘－JXX’無(wú)過(guò)壓保護(hù)功能），關(guān)閉模塊,。－S端電位不可超過(guò)0.25V,，否則電流限制點(diǎn)將提高。

這兩端用于遙感（REMOTESENSING）,，即當(dāng)負(fù)載離模塊較遠(yuǎn),、負(fù)載電流較大時(shí)，將＋S與＋OUT,、－S與－OUT分別與負(fù)載兩端相連,，模塊將略微提高輸出電壓以補(bǔ)償＋OUT、－OUT連線上的壓降,，從而保證負(fù)載上的電壓為額定值,。當(dāng)不需要遙感時(shí)，須將＋S與＋OUT,、－S與－OUT直接相連,。

TRIM：此端使輸出電壓在額定值的5％到110％的范圍內(nèi)可調(diào)。

＋OUT,、－OUT：直流電壓輸出正,、負(fù)端。

2.3應(yīng)用注意

（1）若將輸出電壓調(diào)低,，因?yàn)榻亓鼽c(diǎn)（CURRENTLIMMITPOINT）并不隨之變化,，輸出功率將降低。此外效率降低,、輸出電壓紋波百分比升高,、輸入電壓范圍變寬。注意，此時(shí)應(yīng)提供一額定輸出功率1％的假負(fù)載,，若調(diào)得低于75％,，所需的假負(fù)載更大。

輸出電壓升高時(shí),，上述參數(shù)相反變化,，此時(shí)應(yīng)注意不可超過(guò)額定功率，因此,，不可將輸出電壓調(diào)得高于額定值的110％,。

（2）模塊應(yīng)接到一呈低交流阻抗的源上。若不能保證源的低阻抗,，應(yīng)在模塊輸入端就近安裝一電解電容，其最小值為：C=400μF/Uin.min,。

（3）按VICOR的規(guī)程,，即使沒(méi)有EMI/RFI要求，模塊也應(yīng)被適當(dāng)?shù)嘏月?。一般可用RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將

＋I(xiàn)N,、－IN分別與基板相連，C為Y級(jí)4700p,，R是為降低Q值用,，選1Ω。用RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將＋OUT,、－OUT分別與基板相連,，C也為Y級(jí)4700p，R為2MΩ,。連線應(yīng)盡量短,。

（4）因VICOR模塊效率較高，對(duì)散熱的要求相對(duì)較低,。但為了提高模塊及系統(tǒng)的MTBF,，常規(guī)的散熱考慮和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則都應(yīng)遵循。模塊與其散熱的底盤之間應(yīng)有良好的導(dǎo)熱性,，并且是電絕緣的,。

3應(yīng)用實(shí)例

圖5應(yīng)用電路框圖（1）

圖6應(yīng)用電路框圖（2）

（1）利用兩只VICOR模塊，設(shè)計(jì)一輸入24VDC,、輸出36V/400Hz的線性逆變電源,。模塊本身輸入24V，輸出24V,，輸出功率50W,。原理框圖如圖5所示。

兩只模塊輸入并聯(lián)，輸出串聯(lián),，運(yùn)放輸出為30Vpp電壓,。為在滿載時(shí)輸出也不出現(xiàn)削頂失真的同時(shí)，盡量降低額外的功率損耗,，需將模塊輸出調(diào)到17V,，為此，在模塊的TRIM端接固定調(diào)節(jié)電阻到各自的－OUT端,。電路有內(nèi)外兩個(gè)反饋環(huán),，其中外環(huán)調(diào)節(jié)波形發(fā)生器的參考電壓實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。

VICOR模塊的＋I(xiàn)N,、－IN,、＋OUT、－OUT端均按2.3（3）條所述,，連接阻容網(wǎng)絡(luò)到基板,，以使耦合到輸出電壓上的高頻干擾最小。

（2）在VICOR模塊基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā),，設(shè)計(jì)—輸出電壓為36V/400Hz的小型三相逆變電源,。原理框圖如圖6所示。

模塊型號(hào)為VI－2W4－CV,，輸入24V,，輸出48V，輸出功率150W,。逆變部分產(chǎn)生交流輸出,，因直流源、開關(guān)管,、濾波電感均有阻抗存在,，帶載后輸出電壓將降低。反饋環(huán)節(jié)取自輸出并整流,、倒相,、緩沖，得到一變化方向與輸出相反的反饋信號(hào),，其幅值不大于2.7V,。將此信號(hào)接到下模塊的TRIM端，就構(gòu)成了負(fù)反饋閉環(huán),。調(diào)節(jié)反饋系數(shù),，可以在規(guī)定的負(fù)載變動(dòng)范圍內(nèi)（空、滿載）,，使該模塊輸出電壓相應(yīng)地在38～50V之間變動(dòng),，系統(tǒng)輸出電壓也被穩(wěn)定在36V,。