采用DC-DC模塊的無(wú)人機(jī)電源解決方案

　　如圖8所示，ZVS升壓-降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有四個(gè)級(jí)。

　　(1)Q1和Q4導(dǎo)通為變壓器儲(chǔ)存能量，然后是ZVS過(guò)渡的Q3導(dǎo)通。

　　(2)Q1和Q3導(dǎo)通為從輸入到輸出提供路徑，然后是ZVS過(guò)渡的Q2導(dǎo)通。

　　(3) Q2和Q3對(duì)續(xù)流級(jí)導(dǎo)通，然后是ZVS過(guò)渡的Q4導(dǎo)通。

　　(4)在箝位階段Q2和Q4導(dǎo)通，然后是ZVS過(guò)渡的Q1導(dǎo)通。

　　完成4級(jí)之后，就是一個(gè)循環(huán)。

7 28V/270V輸入源到多路輸出DC-DC轉(zhuǎn)換

　　由于有效載荷，如航空、數(shù)據(jù)鏈路、雷達(dá)、飛行控制系統(tǒng)都需要一個(gè)15V、12V、5V、3.3V的電壓范圍，需要下游DC-DC轉(zhuǎn)換器或niPoL提供所需電壓作為有效載荷的多路輸出，如圖9所示。

　　除了整流器，還有非穩(wěn)壓和非隔離的270VDC，這個(gè)MIL-COTS DCM DC-DC轉(zhuǎn)換器和Picor ZVS降壓穩(wěn)壓器可提供經(jīng)隔離和穩(wěn)壓的多路輸出。

　　在第一級(jí)，MDCM DC-DC將一個(gè)非穩(wěn)壓輸入(28V或270V)轉(zhuǎn)換為一個(gè)經(jīng)隔離和穩(wěn)壓的28V，然后通過(guò)下游非隔離式ZVS穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換為多路輸出。

　　在后一級(jí)，Coop Power ZVS降壓穩(wěn)壓器將28V轉(zhuǎn)換為負(fù)載所需的電壓。

　　DCM是一個(gè)隔離和穩(wěn)壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器。ZVS降壓穩(wěn)壓器是一個(gè)穩(wěn)壓和非隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器，如圖10所示。

　　在上一段已經(jīng)提到，為了有更高的效率，不會(huì)重復(fù)隔離和穩(wěn)壓。

　　雖然穩(wěn)壓是由DCM和ZVS降壓穩(wěn)壓器重復(fù)進(jìn)行的，由于ZVS降壓穩(wěn)壓器的高效率，從高電壓到所需電壓的整體效率可以達(dá)到高于90%。

8 ChiP——轉(zhuǎn)換器級(jí)封裝

　　DCM DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)突破性封裝技術(shù)——轉(zhuǎn)換器級(jí)封裝(ChiP)技術(shù)進(jìn)行封裝。

　　為了實(shí)現(xiàn)更高的功率效率、密度和設(shè)計(jì)靈活性，需要功率元件封裝技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，因此，ChiP的推出優(yōu)化了電氣和熱性能。

　　ChiP產(chǎn)品的設(shè)計(jì)在PCB兩面都有功率元件，可減少由于寄生的損耗，通過(guò)整個(gè)封裝均勻徹底地散熱，并利用了頂部和底部表面散熱。

　　ChiP產(chǎn)品封裝在熱增強(qiáng)型模壓化合物中，降低了溫差，為便于使用熱管理配件，提供了平整的模塊頂部和底部表面，如散熱器、冷板、熱管等。

9 ZVS降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　如圖11所示，除了一個(gè)連接在輸出電感器兩端的附加箝位開(kāi)關(guān)，ZVS降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器相同。增加的箝位開(kāi)關(guān)允許將能量存儲(chǔ)在輸出電感器中，用來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。

　　圖12顯示了ZVS降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的時(shí)序圖，它主要由三個(gè)狀態(tài)組成，如下所示。

9.1 Q1導(dǎo)通階段

　　假設(shè)Q1在諧振過(guò)渡后的近零電壓開(kāi)啟。當(dāng)D-S電壓幾乎為0時(shí)，Q1在零電流開(kāi)啟。MOSFET和輸出電感器中的電流斜升，準(zhǔn)時(shí)達(dá)到由Q1決定的峰值電流。在Q1導(dǎo)通階段，能量存儲(chǔ)在輸出中，并為輸出電容器充電。在Q1導(dǎo)通階段，Q1中的功耗是由MOSFET導(dǎo)通電阻決定的;開(kāi)關(guān)損耗可以忽略不計(jì)。

9.2 Q2導(dǎo)通階段

　　Q1迅速關(guān)閉，接著是一個(gè)很短時(shí)間的體二極管導(dǎo)通，這增加了可以忽略不計(jì)的功耗。接下來(lái)，Q2開(kāi)啟，存儲(chǔ)在輸出電感器中的能量被傳送到負(fù)載和輸出電容器。當(dāng)電感器電流達(dá)到0時(shí)，同步MOSFET保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，在輸出電感器中存儲(chǔ)一些來(lái)自輸出電容器的能量。電感器電流為負(fù)值。

9.3 箝位階段

　　一旦控制器已確定有足夠的能量存儲(chǔ)在電感器中，同步MOSFET關(guān)閉，箝位開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，箝位Vs節(jié)點(diǎn)至輸出電壓。箝位開(kāi)關(guān)隔離輸出電感器電流與輸出，同時(shí)以幾乎無(wú)損的方式用電流來(lái)循環(huán)存儲(chǔ)的能量。在箝位階段，由輸出電容器提供的輸出在該階段持續(xù)很短時(shí)間。

　　當(dāng)箝位階段結(jié)束時(shí)，箝位開(kāi)關(guān)被打開(kāi)。輸出電感器中儲(chǔ)存的能量與Q1和Q2輸出電容產(chǎn)生諧振，導(dǎo)致Vs節(jié)點(diǎn)對(duì)輸入電壓振鈴。

　　這個(gè)振鈴對(duì)Q1的輸出電容放電，減少了Q1的米勒電荷，并為Q2的輸出電容充電。當(dāng)Vs節(jié)點(diǎn)幾乎等于輸入電壓時(shí)，這允許以無(wú)損方式方式開(kāi)啟Q1。

10 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的電源解決方案

　　如圖14所示，對(duì)于無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈解決方案，Picor濾波模塊(MPQI-18)和DC-DC模塊(Cool-Power PI31xx)可用來(lái)提供針對(duì)12V和15V的50W(總共100W)，以符合MIL-STD-461E EMI要求。

　　MQPI-18是一個(gè)采用LGA封裝(25×25×4.5mm，2.4G)的濾波模塊，用來(lái)滿足MIL-STD-461E的EMI要求。

　　MIL級(jí)Cool-Power DC-DC轉(zhuǎn)換器采用PSiP(22×16.5×6.7mm，7.8g)封裝，用來(lái)為所需電壓提供寬范圍輸入(16-50V)。

　　采用Picor濾波模塊和DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊的解決方案可以兼容MIL-STD461E，而不是大尺寸的被動(dòng)元件，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈及其他設(shè)備的高密度電源解決方案。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]SAC和ZVS升壓-降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：分比式電源架構(gòu)和VI Chip

　　[2]ZVS降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：高性能ZVS降壓穩(wěn)壓器

　　[3]ChiP封裝：ChiP熱管理