适用于高转换脉冲电流应用的新型开关模式后置稳压器

Astrodyne TDI 是一家专门为高要求应用设计和制造创新电源解决方案的公司，近发布了一款新型高频开关模式电源后置稳压器，以支持需要高脉冲电流和峰值功率的应用，例如半导体激光器和脉冲电镀。该技术将通过提高可编程电源模块的可靠性和适应性来改变其功能。

在接受 Astrodyne TDI 技术官 Gary Mulcahy 采访时，《电力电子新闻》对这种创新的高频开关模式电源及其所基于的任意波形发生器 (AWG) 方法有了更多的了解。

AWG电路的特点

半导体激光器和脉冲电镀等应用经常要求电流从值到值的转变发生在高脉冲重复频率下。Astrodyne TDI 的新型 AWG 可以支持高脉冲电流和峰值功率，并管理重复峰值半导体功率和结温，以确保长期可靠性。

AWG 电路基于同步降压拓扑，在满负载时以 200kHz 开关频率运行。

“AWG 充当 D 类放大器，利用 H 桥拓扑来生成输出，”Mulcahy 说。“这具有多种优势，包括快速的输出转换速率、非常高的效率和紧凑的尺寸。开关频率是根据所需的元件尺寸和半导体开关的损耗来选择的。”

转换器中采用的迟滞控制拓扑可根据输出负载变化来调整开关频率。这种迟滞控制的优点是提供输入电压的可用性以驱动输出电流上升时间。

正如 Mulcahy 所解释的那样，迟滞控制通过在电感器中保持恒定的峰峰值纹波电流来运行，从而过滤所传递的电流。开关的导通时间是变化的，以便保持恒定的纹波电流幅度，从而导致工作频率作为输入和输出电压的函数而变化。由于工作频率不固定，因此可以对所需负载电流的变化提供响应。如果提供的电流低于需求值，内部开关将保持开启状态，直到赶上需求信号。这优化了转换器支持高转换速率的能力。

AWG 高频开关模式后置稳压器（图 1）的另一个特性是输出的可逆极性。根据外部主机系统的指令调制四个开关以建立输出极性。

Mulcahy 详细描述了这一有趣功能的工作原理：“鉴于 AWG 使用 H 桥，所提供的输出电压由输入电压x [2 x T 1/( T 1 + T 2) – 1]决定，其中T 1 是开关 1-3 导通时间，T 2 是开关 2-4 导通时间。因此，如果T 1 等于T 2，则V o为0。如果T 1 小于T 2，则V o为负，如果T 1 大于T 2，则V o为正。

图 1：AWG 电源的顶视图（Astrodyne TDI）

AWG 电路支持极高的输出压摆率，输出电容器小于 100 μF（在 30 A 时提供 3 μF/A）和高电流控制带宽，并且可以采用多种不同的方式进行封装。

因此，转换器被设计为具有的输出电容，因为在从一个工作点到另一工作点的瞬态期间，对这些电容器充电或放电所需的电流会减少输送到负载的电流。

“这些电容器的选择终是在提供的纹波和转换速率之间进行权衡，”Mulcahy 说。“凭借 AWG 的高工作频率以及滤波电感器中合理的纹波电流，可以实现高于 200 A/ms 的压摆率。”

AWG 的另一个相关特性是其可扩展性。转换器块的并联连接允许增加输出功率。例如，通过并联八个这样的组件，半导体激光器应用可以达到 8,000 A/ms 的转换速率。如前所述，AWG 充当 D 类放大器，响应任意模拟输入信号。如果该信号在多个AWG之间共享，则它们都将以相似的方式响应，其中每个AWG产生的电流将极其相似。这有利于它们的并行操作。图 2 显示了三个并联组件的示例。

Astrodyne TDI 的新型 AWG 是增强型交流到脉冲直流功率输出系统。它可以提供大于 1,000 A/ms 的输出电流转换速率，同时管理热疲劳和安全工作条件，以确保组件可靠性。与使用线性稳压器来阻止或传递电源不同，AWG 基于高频开关模式技术。

Mulcahy 表示：“经验表明，当线性稳压器在低输出电压和电流之间循环时，所产生的热疲劳可能对可靠性极为不利。” “由于 AWG 的半导体要么完全开启，要么完全关闭，因此总体损耗化，转换效率化。”

这种方法显着降低了组件的峰值功率应力，同时相应地提高了组件的可靠性。此外，AWG 组件的工作温度受到监控，以便在检测到过热情况时启用保护性关闭。

AWG 已成功部署的一个重要应用是在玻璃上脉冲电镀铜，它提供了巨大的好处并提高了整体性能。该操作可能需要以数十至数百赫兹的频率向电镀浴施加数百安培的电流。AWG 非常适合此类操作。

关于包装，AWG 可以采用多种方式容纳。这方面非常重要，因为它与必须优化的热管理严格相关，以确保所关注的性能水平和组件的使用寿命。