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新拓扑超低压大电流开关电源的研究与实现
2022年电子技术应用第3期
余世科1,叶明刚1,谢鹤龄2,金建辉2
1.中国船舶集团第七〇五研究所,云南 昆明650032;2.昆明理工大学 信息工程与自动化学院,云南 昆明650500
摘要:集成电路构成的信息化系统功耗不断增加,能耗巨大,超低压供电的低功耗集成电路芯片的出现降低了系统能耗,除此之外许多特种行业也需要超低压大电流电源。为适应这些负载的需求,超低压大电流开关电源得到了快速发展,在该领域国内与国外相比存在较大的差距,有必要设计自主知识产权的高性能低压大电流电源。对新拓扑结构超低压大电流电源进行了仿真分析和实物测试,设计的低压大电流开关电源实现了1 V/35 A,0.7 V/20 A的指标,在实现更低电压和更大电流指标上有显著改善提高,而且结构简单,但是效率和纹波指标不高,还有待提升。
中图分类号:TM43
文献标识码:A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.211688
中文引用格式:余世科,叶明刚,谢鹤龄,等. 新拓扑超低压大电流开关电源的研究与实现[J].电子技术应用,2022,48(3):99-103,108.
英文引用格式:Yu Shike,Ye Minggang,Xie Heling,et al. Research and implementation of ultra low voltage and large current switching power supply with the new topology[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(3):99-103,108.
Research and implementation of ultra low voltage and large current switching power supply with the new topology
Yu Shike1,Ye Minggang1,Xie Heling2,Jin Jianhui2
1.China Shipbuilding Group 705 Research Institute,Kunming 650032,China; 2.School of Information Engineering and Automation,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China
Abstract:The power consumption of information system composed of integrated circuits is increasing, and the energy consumption is huge. The emergence of low-power integrated circuit chips with ultra-low voltage power supply reduces the system energy consumption. In addition, many special industries also need ultra-low voltage and large current power supply. In order to meet the needs of these loads, ultra-low voltage and large current switching power supply has been developed rapidly. There is a big gap between China and foreign countries in this field. It is necessary to design high performance low voltage and large current power supply with independent intellectual property rights. In this paper, the simulation analysis and physical test of ultra-low voltage and high current power supply with the new topology are carried out. The designed low voltage and large current switching power supply achieves 1 V/35 A, 0.7 V/20 A indicators, and has significant improvement in achieving lower voltage and larger current indicators. Moreover, the structure is simple, but the efficiency and ripple indicators are not high, which need to be improved.
Key words :energy consumption;ultra low voltage and large current;switching power supply;new topology

0 引言

为应对不断增长且复杂程度越来越高的实时计算和通信需求,许多电路系统选用大量高功率、高频率可编程逻辑处理器(FPGA)、中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、存储器等相关集成电路(IC)[1-3]构成的计算机、网络服务器、信息化工作站、便携式设备等[4]构成的信息化系统,系统功耗不断增加,能耗巨大,限制了这类大型系统的发展。要想降低整个系统能耗,方法是将集成电路芯片的工作电压设计得很低,所以现在集成电路芯片的工作电压越来越低。除此之外在许多特种行业,比如电磁泵的驱动电源,金属冶金、化学电解中的电解电源,弧焊或切割的电源等迫切需要低压大电流电源,提高工作性能,降低生产能耗。为适应这些负载的需求,低压大电流开关电源得到了发展。国外在低压大电流电源领域发展较快,早期的低压大电流开关电源研究试验测试数据为直流12 V输入,输出1.2 V/50 A[5-6],近几年实现了直流12 V输入,输出1.8 V/120 A[7];国内自主研发启动较晚,相关研究资料较为领先的实测数据为直流36 V输入,输出1 V/30 A[8]。现有低压大电流开关电源产品中,国外Cosel公司的SFS30481R2模块和ROAL Electronics公司的DC-DC模块RDS50-48S1V2在输入电压36 V的情况下实现输出电压低至1.2 V,输出电流分别为3.5 A和25 A。国内弗来翔电子DC-DC模块HMW7512S05在输入电压12 V时,输出5 V电压15 A电流;海凌科电子的AC-DC模块HLK-5M03和HLK-10M03在输入电压110 V时,输出3.3 V/1.5 A和输入电压36 V输出3.3 V/3 A。可以看出低压大电流电源领域国内与国外相比存在较大的差距,有必要设计自主知识产权的高性能低压大电流电源[9],进一步降低电源输出电压,提高电源输出电流。本文对新拓扑结构低压大电流电源进行了仿真分析和实物测试,设计的低压大电流电源电路实现了1 V/35 A,0.7 V/20 A的指标,在实现更低电压和更大电流指标上有显著改善提高,而且结构简单,但是效率指标不高,还有待提升。




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作者信息:

余世科1,叶明刚1,谢鹤龄2,金建辉2

(1.中国船舶集团第七〇五研究所,云南 昆明650032;2.昆明理工大学 信息工程与自动化学院,云南 昆明650500)




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