Astrodyne TDI 是一家專門為高要求應(yīng)用設(shè)計(jì)和制造創(chuàng)新電源解決方案的公司，近發(fā)布了一款新型高頻開關(guān)模式電源后置穩(wěn)壓器，以支持需要高脈沖電流和峰值功率的應(yīng)用，例如半導(dǎo)體激光器和脈沖電鍍。該技術(shù)將通過提高可編程電源模塊的可靠性和適應(yīng)性來改變其功能。
　　在接受 Astrodyne TDI 技術(shù)官 Gary Mulcahy 采訪時(shí)，《電力電子新聞》對(duì)這種創(chuàng)新的高頻開關(guān)模式電源及其所基于的任意波形發(fā)生器 (AWG) 方法有了更多的了解。
　　AWG電路的特點(diǎn)
　　半導(dǎo)體激光器和脈沖電鍍等應(yīng)用經(jīng)常要求電流從值到值的轉(zhuǎn)變發(fā)生在高脈沖重復(fù)頻率下。Astrodyne TDI 的新型 AWG 可以支持高脈沖電流和峰值功率，并管理重復(fù)峰值半導(dǎo)體功率和結(jié)溫，以確保長期可靠性。
　　AWG 電路基于同步降壓拓?fù)洌跐M負(fù)載時(shí)以 200kHz 開關(guān)頻率運(yùn)行。
　　“AWG 充當(dāng) D 類放大器，利用 H 橋拓?fù)鋪砩奢敵?，”Mulcahy 說。“這具有多種優(yōu)勢(shì)，包括快速的輸出轉(zhuǎn)換速率、非常高的效率和緊湊的尺寸。開關(guān)頻率是根據(jù)所需的元件尺寸和半導(dǎo)體開關(guān)的損耗來選擇的。”
　　轉(zhuǎn)換器中采用的遲滯控制拓?fù)淇筛鶕?jù)輸出負(fù)載變化來調(diào)整開關(guān)頻率。這種遲滯控制的優(yōu)點(diǎn)是提供輸入電壓的可用性以驅(qū)動(dòng)輸出電流上升時(shí)間。
　　正如 Mulcahy 所解釋的那樣，遲滯控制通過在電感器中保持恒定的峰峰值紋波電流來運(yùn)行，從而過濾所傳遞的電流。開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間是變化的，以便保持恒定的紋波電流幅度，從而導(dǎo)致工作頻率作為輸入和輸出電壓的函數(shù)而變化。由于工作頻率不固定，因此可以對(duì)所需負(fù)載電流的變化提供響應(yīng)。如果提供的電流低于需求值，內(nèi)部開關(guān)將保持開啟狀態(tài)，直到趕上需求信號(hào)。這優(yōu)化了轉(zhuǎn)換器支持高轉(zhuǎn)換速率的能力。
　　AWG 高頻開關(guān)模式后置穩(wěn)壓器（圖 1）的另一個(gè)特性是輸出的可逆極性。根據(jù)外部主機(jī)系統(tǒng)的指令調(diào)制四個(gè)開關(guān)以建立輸出極性。
　　Mulcahy 詳細(xì)描述了這一有趣功能的工作原理：“鑒于 AWG 使用 H 橋，所提供的輸出電壓由輸入電壓x [2 x T 1/( T 1 + T 2) – 1]決定，其中T 1 是開關(guān) 1-3 導(dǎo)通時(shí)間，T 2 是開關(guān) 2-4 導(dǎo)通時(shí)間。因此，如果T 1 等于T 2，則V o為0。如果T 1 小于T 2，則V o為負(fù)，如果T 1 大于T 2，則V o為正。

　　

　　圖 1：AWG 電源的頂視圖（Astrodyne TDI）
　　AWG 電路支持極高的輸出壓擺率，輸出電容器小于 100 μF（在 30 A 時(shí)提供 3 μF/A）和高電流控制帶寬，并且可以采用多種不同的方式進(jìn)行封裝。
　　因此，轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)為具有的輸出電容，因?yàn)樵趶囊粋€(gè)工作點(diǎn)到另一工作點(diǎn)的瞬態(tài)期間，對(duì)這些電容器充電或放電所需的電流會(huì)減少輸送到負(fù)載的電流。
　　“這些電容器的選擇終是在提供的紋波和轉(zhuǎn)換速率之間進(jìn)行權(quán)衡，”Mulcahy 說?！皯{借 AWG 的高工作頻率以及濾波電感器中合理的紋波電流，可以實(shí)現(xiàn)高于 200 A/ms 的壓擺率?！?br>　　AWG 的另一個(gè)相關(guān)特性是其可擴(kuò)展性。轉(zhuǎn)換器塊的并聯(lián)連接允許增加輸出功率。例如，通過并聯(lián)八個(gè)這樣的組件，半導(dǎo)體激光器應(yīng)用可以達(dá)到 8,000 A/ms 的轉(zhuǎn)換速率。如前所述，AWG 充當(dāng) D 類放大器，響應(yīng)任意模擬輸入信號(hào)。如果該信號(hào)在多個(gè)AWG之間共享，則它們都將以相似的方式響應(yīng)，其中每個(gè)AWG產(chǎn)生的電流將極其相似。這有利于它們的并行操作。圖 2 顯示了三個(gè)并聯(lián)組件的示例。
　　Astrodyne TDI 的新型 AWG 是增強(qiáng)型交流到脈沖直流功率輸出系統(tǒng)。它可以提供大于 1,000 A/ms 的輸出電流轉(zhuǎn)換速率，同時(shí)管理熱疲勞和安全工作條件，以確保組件可靠性。與使用線性穩(wěn)壓器來阻止或傳遞電源不同，AWG 基于高頻開關(guān)模式技術(shù)。
　　Mulcahy 表示：“經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)線性穩(wěn)壓器在低輸出電壓和電流之間循環(huán)時(shí)，所產(chǎn)生的熱疲勞可能對(duì)可靠性極為不利?！?“由于 AWG 的半導(dǎo)體要么完全開啟，要么完全關(guān)閉，因此總體損耗化，轉(zhuǎn)換效率化?！?br>　　這種方法顯著降低了組件的峰值功率應(yīng)力，同時(shí)相應(yīng)地提高了組件的可靠性。此外，AWG 組件的工作溫度受到監(jiān)控，以便在檢測(cè)到過熱情況時(shí)啟用保護(hù)性關(guān)閉。
　　AWG 已成功部署的一個(gè)重要應(yīng)用是在玻璃上脈沖電鍍銅，它提供了巨大的好處并提高了整體性能。該操作可能需要以數(shù)十至數(shù)百赫茲的頻率向電鍍?cè)∈┘訑?shù)百安培的電流。AWG 非常適合此類操作。
　　關(guān)于包裝，AWG 可以采用多種方式容納。這方面非常重要，因?yàn)樗c必須優(yōu)化的熱管理嚴(yán)格相關(guān)，以確保所關(guān)注的性能水平和組件的使用壽命。