VICOR DC/DC模块及其应用

 1引言

DC/DC模块是目前电源产业中较为成熟的产品，国内外许多厂家都有其技术成熟、各具特色的品种、规格。DC/DC模块的广泛应用，简化了产品设计，提高了产品可靠性，为DC/DC、DC/AC产品的二次开发提供了有利条件。

VICOR(怀格)公司是美国的专业模块电源生产厂家，其产品最大特点是功率密度高、可靠性好。产品系列覆盖10W～600W，输入输出隔离，使用方便，广泛应用于电信、工控、电力电子、军工、三航等领域。第一代VICOR模块借以提高电源转换效率的核心技术是ZCS（零电流开关）技术；第二代VICOR模块使用了ZCS/ZVS（零电流/零电压开关）技术，为通信专用48V输入系列。二者原理相似，并且功能、管脚兼容,这里以现在市场上较多的VICOR第一代模块（VI－2XX、VI－JXX、MI－2XX、MI－JXX等）为例，介绍该类产品的原理及应用过程中的经验。

图1原理框图（VI－J00系列无＊部分）

图2ZCS技术

2 VICOR模块介绍

2.1原理简介

该DC/DC模块电路结构与通常的斩波DC/DC转换器相似，可参考原理框图（见图1）及相关资料，这里不再赘述。

在原理上，VICOR模块区别于通常产品之处主要是它使用了软开关的ZCS技术，见图2。

通常的硬开关斩波器波形近似为矩形波，即强迫开关器件在电压不为零时开通，电流不为零时关断，这样在矩形波的边沿就会因寄生参数而产生高频振荡，导致开关损耗增大，频率越高，开关损耗越大；而VICOR模块应用谐振技术，使开关器件中的电流波形近似于半周期的正弦信号，这样开关的导通、关断时刻都对应零输入电流（即开关管电流），从而即使开关频率超过1MHz，开关损耗也只占极小的百分比。高的开关频率、低的开关损耗便产生了一系列优点：功率密度高、传导和辐射噪声小、响应快、转换效率高等。

VICOR模块的另一特点是输出电压可在额定值基础上，在5％到110％的范围内方便地调节(12V、15V是±10％)。电路原理参见图3。

内部误差放大器的负输入端是输出电压的采样值，正输入端与Trim端相连。当Trim端悬空时，其上的电位由2.5V的基准源（Bandgap）决定，亦为2.5V，此时电路输出为额定值。以简单的外接电阻网络，通过调节Trim端电压（即误差放大器的基准电压），可相应地调节输出电压。

图3VICOR模块调压原理

图4DC/DC模块管脚

降压时外接元件值的计算与额定输出电压无关。只需在Trim端与－OUT端间接一电阻与R5分压以确定Trim端电压。其值的计算方法如下（以－20％为例）：

要使输出电压降低20％，Trim端电压也需降低20％，这些电压都降落在内部电阻R5上：

UR5=2.5V×20％=0.5V

IR5=0.5V/10kΩ=50μA

IR5=IRd

故Rd=(2.5V－0.5V)/50μA=40kΩ

升压时，需提高Trim端电压，一般是从＋OUT端接一电阻Ru到Trim端，故外接元件值的计算与额定输出电压相关。Ru的计算方法如下（以24V提高5％为例）：

要使输出电压提高5％，Trim端电压也需相应提高5％，这些电压也都降落在内部电阻R5上（但方向与降压时相反）：

UR5=2.5V×5％=0.125V

IR5=0.125V/10kΩ=12.5μA

IR5=IRu

又URu=Uout－Utrim

=(24V＋24V×5％)－(2.5V＋0.125V)

=22.575V

故Ru=22.575V/12.5μA=1.8MΩ

当用VICOR模块进行二次开发时，有时要利用Trim功能构成闭环（见本文的应用举例），此时就不需要上述的电阻网络。但需注意的是，对于‘－2XX’模块，若Trim端电压超过一定值时，模块将会发生过压保护关断（OVPShutDown），此值额定为2.75V（实际值一般略高于此值，可达3V）。为避免模块的保护性关断，必须有措施防止此端电压过高。

2.2管脚含义及接法

DC/DC模块管脚图见图4。

＋IN、－IN：直流电压输入正、负端。输入电压可在额定值的－（20～50）％到＋（25～60）％范围内变动，具体值请参阅产品数据手册。

GATEOUT：当多个模块并联以提高输出功率时，此端输出的脉冲信号可用于模块间的同步。同步信号一般按‘雏菊链’连接，即一模块的GATEOUT端连到下一模块的GATEIN端，可以得到几乎没有限制的功率提升能力。

GATEIN：此端是集电极开路结构，可以看作模块的使能/同步端。当它被拉低时（以－IN为基准，低于0.65V，6mA），模块关闭；浮空时，模块工作。另外，模块频繁开关时，此端接1μF左右电容，可提供软起动功能。

＋S、－S：正、负输出电压感受/遥感端。若＋S端电压高于额定输出值的110％，将激活模块的过压保护功能（‘－JXX’无过压保护功能），关闭模块。－S端电位不可超过0.25V，否则电流限制点将提高。

这