VICOR電源第二代DC-DC轉換器配件模塊-自動調節整流模塊ARM

VICOR電源設計指南和應用手冊-全型、小型和微型系列DC—DC轉換器及配件模塊

VICOR電源——廣州源博科技有限公司

自動調節整流模塊ARM

自動調節整流模塊(ARM)；是配套Vicor電源 DC—DC轉換器的交流前端模塊。以ARM及VICOR DC—DC轉換器為核心元件，可以組成高性能的電源系統，并能滿足廣泛的應用要求以及達到各項安全標準。

自動調節整流模塊(ARM)內包含功率開關和控制電路，令Vicor電源模塊可以自動調節整流、限制涌流及提供過壓保護等功能。ARM可監察供電情況，啟動或關斷下端的Vicor電源 DC—DC轉換器，組成有秩序的電源接通或關斷順序。利用ARM組成完整的交流前端，用戶只需加入保持電容和一個含瞬變保護功能的合適輸入濾波器。

啟動時的情況當輸入電源接通時，限制浪涌電流的正溫度系數(PTC)熱敏電阻的旁路開關打開，倍壓整流連接片(strap)在開啟狀態。此外，下端的Vicor電源 DC—DC模塊被使能(EN)線關斷，母線正常信號(BOK)在高電平。

電源接通順序(圖7—2)

1．1輸入電源接通后；接在輸出直流母線上的電容器開始充電，熱敏電阻限制充電電流，充電時間常數由保持電容的容量和熱敏電阻的冷態電阻決定。當電容兩端電壓達到輸入交流電源電壓的峰值時，電容電壓與時間的關系曲線的斜率(dv／dt)接近于零。

2．1當電容兩端電壓曲線的斜率接近于零時，如果直流母線的電壓低于200 V，倍壓整流電路工作，因此直流母線電壓將按指數規律升高到交流輸入峰值電壓的兩倍。如果直流母線的電壓高于200 V，倍壓整流電路就不工作。

3．1電容兩端電壓曲線的斜率接近于零時，如果直流母線電壓高于235 V，浪涌限流熱敏電阻被旁路；如果直流母線電壓低于235 V，浪涌限流熱敏電阻不被開關旁路。

4．1熱敏電阻旁路開關閉合后，經過～150 ms，轉換器模塊被使能開始工作。

5．1再經過～150 ms，母線正常信號變為低電平。轉換器模塊輸出電壓可以維持在規格上標明的范圍內。

電源關斷順序（圖7—2)

當輸入電源被關斷或失效，由于直流母線電壓下降，將發生下述過程：

1．2當直流母線電壓低于205 V時(典型)，母線正常信號變為高電平。

2．2當直流母線電壓低于200 V時，轉換器模塊將關斷。轉換器模塊關斷后，如果重新接通輸入電源，將重復電源接通順序。如果交流電源發生瞬時中斷，并且在直流母線電壓下降到關斷門限值以前，交流電源恢復供電，則不會重復電源接通順序。

圖7—2一電源接通關斷時穿圖

離線式開關電源配置

在整個通用輸入電壓范圍內，ARM模塊可使直流輸出母線電壓保持在200 V到375 V之間。該輸出電壓范圍可與Vicor電源全型、小型、微型300 V輸入DC—DC轉換器，和Vicor電源 VI一26x系列及V J一、J6x系列DC—DC轉換器模塊的輸入電壓范圍相配。ARM可根據交流輸入電壓自動轉換為整流模式(倍壓整流或非倍壓整流)，從而可以有效地防止開關電源因接入不適當的電源電壓而損壞。輸入電壓在90 Vac一132 Vac之間時，VI—ARM—x1額定功率為500 W，輸入電壓在180 Vac一264 Vac之間時，Vl—ARM—x1額定功率為。750 W。輸入交流電壓在90Vac一132 Vac之間時，V J一．ARMB—X2額定輸出功率為750 W，輸入交流電壓在180 Vac一264 Vac之間時，V J—ARMB—x2額定功率為1，500 W，只要最大功率不超過上述數值，這兩種交流前端模塊都可任意與一個或多個DC—DC轉換器模塊組成開關電源系統。參見VI—ARM數據表中的VI—ARMB降額曲線(圖1和2)。連接片(ST)引腳在實際應用中，ARM模塊除了應連接輸入和輸出引腳外，為了實現自動適應輸入電壓范圍的變一化還必須把ST引腳連接保持電容(C1，C2，參看圖7—3)的中結點。壓敏電阻器提供輸入瞬變保護。電源關斷時。保持電容可通過泄放電阻R1和R2放電(參看圖7—3)。使能IENl引腳(圖7—4)使能(EN)引腳必須接到所有DC—DC轉換器模塊的PC引腳或GATE IN引腳，以便剛接通電源時，ARM能暫時關斷DC—DC轉換器模塊，否則保持電容正通過限流熱敏電阻充電時，轉換器模塊就可能開始工作，因而無法使母線電壓達到熱敏電阻旁路門限電壓，結果是轉換器將無法正常起動。使能(EN)引腳輸出(內部N一渠道MOSFET的漏極)電壓，在模塊內部通過150 kO電阻升到15 V。為了消除轉換器模塊之間可能產生的控制干擾，每只轉換器Vicor電源模塊的PC或GATE IN引腳都必須串入一只信號二極管，并且該二極管應當盡量靠近PC引腳。電源接通且浪涌電流消失后，使能(EN)引腳與負輸出引腳之間的電壓升到1 5 V，從而使各轉換器模塊開始工作。如果直流母線電壓超過400 V，使能(EN)引腳電壓也可關斷DC—DC模塊，從而實現轉換器模塊輸入過壓保護。發生輸入過壓保護時，內部熱敏電阻旁路開關打開，且與輸入電壓串聯，從而降低母線電壓到一個安全的水平，壓敏電阻同時又限制了輸入之電流。因發生故障或負載電流過大使直流母線電壓低于1 80 V時，熱敏電阻旁路開關也將打開作限流保護。

注意：ARM模塊的輸入和輸出并不隔離，ARM模塊的一Out引腳和下游的DO-DO轉換器的-In引腳都在高電平。如需要以控制DC-DC轉換器的PC或GATE IN引腳(參考-In)來提供外在接通／關斷功能。就要采用一個光耦隔離器或隔離繼電器。將(2)式重新整理后，可得出所需的電容：    近似的工作紋波電流(rms)由下式給出：

C=2PAt／(V1。一V2。)    (3)

電源失效預警時間(△t)是指電源中斷告警(BOK)到轉換器模塊關斷之間的時間，如圖7—7所示。BOK和使能門限值分別為205 V和190 V。將這些數值代入公式(3)中，可簡化電源失效預警時間、功率和母線電容之間的關系：

C=2PAt／(2052—1 902)

C=2PAt／(5,925)

應當注意，如圖7—3所示，保持電容由C1和C2串聯組成，每只電容的容量應為計算值的兩倍，但是每只電容所需的額定電壓可減少到200 V。直流母線上允許的紋波電壓(或紋波電流在電容器兩端產生的紋波電壓)，也可影響保持電容所需的電容量。還應當考慮給定轉換器的紋波抑制比和最終的輸出紋波電壓。

  例如，轉換器輸出電壓為15 V，額定輸入電壓為300 V時，紋波抑制比將為56 dB，即輸入紋波電壓10 V峰一一峰值將產生輸出紋波電壓15 mV峰一峰值。(圖7—1 1)公式(3)仍然適合于計算保持電容所需的容量，在這種情況下，V1和V2分別為紋波電壓峰值和谷值處的母線電壓瞬時值(圖7—7)。在經整流的市電電壓的兩個峰值之間的時間間隔△l內，保持電容必須保持規定的母線電壓，△t可由下式給出：

    △t=(丌一e))／2丌f

式中：f=交流市電的頻率

    e=整流器的導通角

   近似的導通角可由下式給出：

    e=COS一(V2／V1)

選擇保持電容時，還應當考慮額定紋波電流的額定電流值必須大于最大工作紋波電流。

rms=2P／Vac    (6)

式中：P=總輸出功率

    Vac=市電電壓

保持時間、過渡時間和要求的紋波電壓與母線電容容量的關系分別如圖7—8、7—9和7—1 0所示。

實例

在該實例中，在負載端的輸出電壓為12 V，輸出功率為320 W。假設轉換器的效率為85％，Vicor電源 ARM模塊的輸出功率應為375 W e，在90—264 Vac輸入電壓范圍內，所需的保持時間為9 ms。決定電源失效預警時的電容容量給定電源失效預警時間和輸出功率時，可根據圖7—8決定保持電容的容量，可以看出，母線電容的總容量至少應為820 uF，由于兩只電容串聯，所以每只電容的容量至少應為1，640 pFo

注意：預警時間與輸入電壓無關。保持電容值計算器可見決定過渡時間如圖7—9所示，過渡時間是市電電壓和輸出功率的函數。從圖7—9可以看出，額定市電電壓為1 15 Vac時，過渡時間為68 ms，應當說明，過渡時間為市電電壓的函數。決定保持電容兩端的紋波電壓如圖7—10所示，紋波電壓是輸出功率和母線電容的函數。可以看出，保持電容兩端的紋波電壓為12 V峰一峰值。如有技術問題也可聯系VICOR工程師。

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