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高功率密度的電源模塊設計要點及方案推薦

發(fā)布時間:2025-02-25 來源:我愛方案網(wǎng) 責任編輯:lina

【導讀】高功率密度電源不僅能夠提供更大的輸出功率,還能在體積和重量上做到最小化,這對于許多應用領域來說至關重要,比如數(shù)據(jù)中心、電動汽車、航空航天等。本文將探討實現(xiàn)高功率密度電源方案時需要考慮的設計要點,并推薦安全穩(wěn)定且高效的數(shù)字電源方案及主控芯片。


高功率密度電源不僅能夠提供更大的輸出功率,還能在體積和重量上做到最小化,這對于許多應用領域來說至關重要,比如數(shù)據(jù)中心、電動汽車、航空航天等。本文將探討實現(xiàn)高功率密度電源方案時需要考慮的設計要點,并推薦安全穩(wěn)定且高效的數(shù)字電源方案及主控芯片。


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高功率密度的電源模塊設計要點及方案推薦

1. 效率優(yōu)化


效率是影響電源功率密度的關鍵因素之一。高效的電源轉換可以減少熱損失,從而允許使用更小的散熱器或完全取消主動冷卻需求。提高效率的方法包括采用先進的開關器件(如GaN和SiC材料的功率晶體管)、優(yōu)化電路拓撲結構以及精細化的控制策略。


2. 熱管理


有效的熱管理系統(tǒng)對于維持高功率密度電源的可靠性和壽命至關重要。由于功率密度增加會導致更多的熱量產生,因此必須采取措施來有效散熱。這可能包括選擇具有更好導熱性能的材料、改進散熱設計(例如使用液冷技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的風冷)以及通過仿真工具預測并優(yōu)化熱分布。


3. 材料與封裝技術


選擇合適的材料和先進的封裝技術可以在不犧牲性能的前提下顯著減小電源尺寸。例如,使用三維集成技術和嵌入式組件可以減少互連長度,降低寄生參數(shù),同時提升功率密度。此外,開發(fā)耐高溫、高效能的新材料也是提升電源性能的一個重要方向。


4. 功率因數(shù)校正(PFC)


為了滿足電網(wǎng)規(guī)范要求并提高整體效率,現(xiàn)代電源通常集成了PFC功能。對于高功率密度電源而言,如何在不影響其緊湊性的情況下實現(xiàn)高效的PFC是一個挑戰(zhàn)。采用數(shù)字控制算法和新型磁性元件有助于解決這一問題。
實戰(zhàn)方案推薦:


恩智浦1000W 數(shù)字電源方案


高功率密度的電源模塊設計要點及方案推薦


方案簡介:

方案為基于NXP MC56F82748VLH 開發(fā)的高集成度數(shù)字電源解決方案,實現(xiàn)全數(shù)字化電源供應器。NXP MC56F82748VLH是一款數(shù)字電源控制器,它提供了很強的適應性與靈活性,具備直接監(jiān)視、處理并適應系統(tǒng)條件的能力, 能夠滿足幾乎任何電源要求。


方案優(yōu)勢:

①電源應用 : 1000W 伺服電源供應器 ( 全數(shù)字控制 ) 

②電源一次側 ( AC to DC ) : Inter-Leave PFC ( 控制芯片: NXP MC56F82748VLH ) 

③電源二次側 ( DC to DC ) : Full-Bridge LLC ( 控制芯片: NXP MC56F82748VLH ) 

④外觀尺寸: 300mm × 105mm × 40mm (1U)


方案規(guī)格:

①輸入電壓 : 交流電 90V to 264V 

②輸入交流電頻率 : 47 Hz to 63 Hz 

③最大輸出功率 : 1000W 

④輸出電壓 : 單組 DC 12V 

⑤PFC 切換頻率 : 100 kHz 

⑥DC-DC 切換頻率 : 50 kHz to 250 kHz 

⑦符合 80+ 金牌效率 

⑧保護:OVP / OCP / CBC

⑨PF > 0.99  (400W~1000W)


極海移動電源控制板應用方案


高功率密度的電源模塊設計要點及方案推薦


方案簡介:

該方案為3.6KW移動電源控制板,電池電芯為磷酸鐵鋰,采用內置雙向逆變器模塊,在小體積、高功率密度情況下,實現(xiàn)220V輸入/輸出、充電/用電雙工作模式,主控IC為極海APM32F411,主頻120MHz,可滿足同時與BMS系統(tǒng)、雙向逆變器模塊以及顯示模塊通信的需求。


高功率密度的電源模塊設計要點及方案推薦


方案特點:

電池最大容量2048Wh,循環(huán)次數(shù)4000次;

充電模式:支持220-240V交流電、500W車載充電、1000W(Max)太陽能板充電;

輸出模式:220V/2400W,AC輸出220-240V,最大10A;

支持USB輸出,USB-A口最高18W,Type-C最高100W;

支持車充輸出12.6V/126W,DC5521最高12.6V/38W。

小華3kW 兩相交錯全橋LLC方案(參考設計)


高功率密度的電源模塊設計要點及方案推薦


方案簡介:

交錯式LLC電源拓撲能大幅度降低LLC輸出電流紋波,可以減少輸出側濾波電容,從而減少系統(tǒng)體積;擴大單相LLC變換器的輸出功率容量,相比直接并聯(lián),多相交錯后相間易于均流;輕負載時還可以以單相全橋模式工作。所以已經(jīng)廣泛應用在中大功率工業(yè)領域。小華HC32F334專用數(shù)字電源控制器結合了交錯LLC的發(fā)波時序和保護需求,完全自主開發(fā)設計,支持12路130ps高精度HRPWM。


方案特色:

輸入電壓:DC 380-420V

輸出電壓:DC 48V

功率:3000W

峰值效率:97%

諧振頻率:132K

兩相均流度:>95%

輸出紋波:<1%

應用場景:

AC/DC、DC/DC數(shù)字電源應用,如通信與服務器電源、磚塊電源、微逆、充電樁DC/DC等。


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高功率密度的電源模塊設計要點及方案推薦


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