DC/DC電源模塊的基礎拓撲知識普及

電源模塊主要分為AC-DC和DC-DC兩種。對于AC-DC電源模塊，無論是網絡上還是實際電源設計上都有不少，倒是DC-DC電源模塊的相關資料較少。本文對DC-DC電源模塊拓撲電路進行梳理，是一篇基礎的電源知識類文章。

這里說的DC-DC電源模塊指工業、軌道交通、通信、軍事等領域用的嵌入式電源模塊，這類電源追求的是高功率密度、高效率及高可靠性。就目前而言，對成本雖有要求，但遠沒有常規的AC-DC電源模塊那么敏感。且為了達到高性能，一般不會像AC-DC電源模塊那樣，DC-DC電源模塊在設計時，為方便設計的靈活性，不太用集成度高的IC。

一般流行于市面上的隔離型DC-DC電源模塊，功率等級基本在1kw以內，功率再大一點的，可通過多電源模塊并聯均流實現。輸入電壓范圍從2.5V到650V不等，輸出電壓則從1V到60V不等。電源模塊在設計時，對拓撲的選擇主要從輸入、輸出、功率等級這三個方面考慮。

1、Royer（自激推挽）：

一般用于低輸入電壓的場合（如2.5V，5V），且功率不大（如2W以內），另外Royer是非穩壓的，若需要穩壓，則需要在電源模塊里面加入線性穩壓線路。用于電源模塊中的常規反激（包括IC控制的反激和RCC），一般功率不超過50W，輸入電壓覆蓋9V到1000V，均有電源模塊產品出現。

同步整流技術是反激變換器設計中的一個難點，也是專利壁壘比較多的一個點，市場上的小功率DC-DC電源模塊大多用這種拓撲。至于RCC，最大的優點是便宜，但它對器件的一致性要求太高，而且還是變頻的，并不太適合用來設計高性能電源模塊。

2、有源鉗位反激/有源鉗位正反激：

有源鉗位反激是有源鉗位技術與常規反激變換器結合的產物，開關管應力低，效率高，EMI特性好是它的優點。但技術復雜，同步整流也不好搞定，所以盡管它的優點很多，但市場上用這種拓撲做產品的并不多見。至于有源鉗位正反激技術，比有源鉗位反激技術更復雜，正反激最大的優點就是輸出紋波小，尤其是0.5duty時理論紋波為零，可在一些高性能DC-DC電源模塊中見到這種拓撲。

有源鉗位正激，經過十幾年的發展，可以說是電源模塊里最著名也是最成熟的一個拓撲了。常用于50W-200W功率等級，輸入電壓不超過100V的場合，幾乎每一家做電源模塊的企業都會用到這種拓撲，輸出電壓從1V到15V均有。

3、硬開關半橋（全橋）：

常見于低壓大功率的電源模塊，如低壓半磚電源模塊、全磚電源模塊，一般介于200W-800W之間，也有人用作高壓輸入模塊，如200V-400V輸入，但不多見。

4、移相全橋（PSFB）：

在高壓大功率DC-DC電源模塊，主要用這種拓撲，DC-DC電源模塊一般輸入電壓比較寬，LLC雖有效率上的優勢，但在寬輸入電壓范圍應用場合不合適。市面上能夠見到的用PSFB的DC-DC電源模塊產品基本參數為：輸入200V-400V或輸入400V- 650V、輸出600W、800W、1000W、尺寸多為標準全磚尺寸，有完善的保護機制，多模塊并聯冗余能力。

5、LLC：

電源模塊里的LLC多用于bus-converter，且開環定頻控制，一般設計時，讓Lm>>Lr，可以實現ZVS/ZCS，可以獲得非常高的效率。比如正弦振幅變換器，可以做到滿載98%效率，400V輸入，上千瓦輸出，尺寸相當小。

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