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高功率密度的電源模塊設計要點(diǎn)及方案推薦

發(fā)布時(shí)間:2025-02-25 來(lái)源:我愛(ài)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(lǐng)域來(lái)說(shuō)至關(guān)重要,比如數據中心、電動(dòng)汽車(chē)、航空航天等。本文將探討實(shí)現高功率密度電源方案時(shí)需要考慮的設計要點(diǎn),并推薦安全穩定且高效的數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(lǐng)域來(lái)說(shuō)至關(guān)重要,比如數據中心、電動(dòng)汽車(chē)、航空航天等。本文將探討實(shí)現高功率密度電源方案時(shí)需要考慮的設計要點(diǎn),并推薦安全穩定且高效的數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(diǎn)及方案推薦

1. 效率優(yōu)化


效率是影響電源功率密度的關(guān)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(dòng)冷卻需求。提高效率的方法包括采用先進(jìn)的開(kāi)關(guān)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


有效的熱管理系統對于維持高功率密度電源的可靠性和壽命至關(guān)重要。由于功率密度增加會(huì )導致更多的熱量產(chǎn)生,因此必須采取措施來(lái)有效散熱。這可能包括選擇具有更好導熱性能的材料、改進(jìn)散熱設計(例如使用液冷技術(shù)代替傳統的風(fēng)冷)以及通過(guò)仿真工具預測并優(yōu)化熱分布。


3. 材料與封裝技術(shù)


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


4. 功率因數校正(PFC)


為了滿(mǎn)足電網(wǎng)規范要求并提高整體效率,現代電源通常集成了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(shí)現高效的PFC是一個(gè)挑戰。采用數字控制算法和新型磁性元件有助于解決這一問(wèn)題。
實(shí)戰方案推薦:


恩智浦1000W 數字電源方案


高功率密度的電源模塊設計要點(diǎn)及方案推薦


方案簡(jiǎn)介:

方案為基于NXP MC56F82748VLH 開(kāi)發(fā)的高集成度數字電源解決方案,實(shí)現全數字化電源供應器。NXP MC56F82748VLH是一款數字電源控制器,它提供了很強的適應性與靈活性,具備直接監視、處理并適應系統條件的能力, 能夠滿(mǎn)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(guān)尺寸: 300mm × 105mm × 40mm (1U)


方案規格:

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(dòng)電源控制板應用方案


高功率密度的電源模塊設計要點(diǎn)及方案推薦


方案簡(jiǎn)介:

該方案為3.6KW移動(dòng)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(shí)現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(mǎn)足同時(shí)與BMS系統、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(diǎn)及方案推薦


方案特點(diǎn):

電池最大容量2048Wh,循環(huán)次數4000次;

充電模式:支持220-240V交流電、500W車(chē)載充電、1000W(Max)太陽(yáng)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(chē)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(diǎn)及方案推薦


方案簡(jiǎn)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(shí)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(lǐng)域。小華HC32F334專(zhuān)用數字電源控制器結合了交錯LLC的發(fā)波時(shí)序和保護需求,完全自主開(kāi)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(chǎng)景:

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


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