新型功率系统级封装隔离DC-DC转换器
隔离型DCDC变换器课件
分布式电源系统中的应用
在分布式电源系统中，隔离型DCDC变 换器主要用于将多个分布式电源的输出
进行统一管理和调节。
分布式电源系统的电源可能来自不同的 能源，如太阳能、风能、燃料电池等， 其输出电压和电流各不相同，因此需要 使用隔离型DCDC变换器进行统一调节
。
隔离型DCDC变换器能够实现高效率的 能量转换，同时保证系统的稳定性和安
宽范围输入输出
优化控制策略，实现宽范 围输入输出电压的稳定控 制。
高效能量传输
优化控制策略，实现能量 的高效传输和利用。
元器件的优化选择
高频开关器件
选择高频开关器件，提高转换效 率，减小体积和重量。
高性能磁性元件
选择高性能磁性元件，减小磁芯损 耗和线圈损耗，提高效率。
高精度检测元件
选择高精度检测元件，提高输出电 压的精度和稳定性。
变换器的安全运行。
驱动电路设计
驱动芯片选择
根据开关元件的特性和控制信号的要 求，选择合适的驱动芯片。
隔离设计
根据主电路的拓扑结构和安全规范， 设计适当的隔离电路，以确保驱动信 号与主电路的电气隔离。
驱动信号处理
对控制电路输出的控制信号进行必要 的处理，以满足驱动芯片的输入要求 。
驱动信号调整
根据开关元件的特性和控制要求，调 整驱动信号的幅度、相位和频率等参 数。
PART 03
隔离型DCDC变换器的电 路设计
REPORTING
主电路设计
输入与输出电压范围
确定变换器的输入和输出电压 范围，以满足特定的应用需求
。
功率等级
根据负载需求，选择合适的功 率等级，并据此选择适当的元 件。
拓扑结构
选择合适的主电路拓扑结构， 如Bo分析
隔离型dcdc转换器工作原理
隔离型dcdc转换器工作原理隔离型DC-DC转换器是一种常见的电力转换器件，其主要作用是将一个直流电压转换为另一个直流电压，并且在输入端和输出端之间具有电气隔离功能。
隔离型DC-DC转换器通常由输入电路、控制电路和输出电路组成。
我们来了解一下隔离型DC-DC转换器的输入电路。
输入电路主要由输入电压源、输入滤波电路和输入保护电路组成。
输入电压源提供输入电压，可以是直流电源或交流电源经过整流后得到的直流电压。
输入滤波电路用于滤除输入电压中的高频噪声和干扰信号，以保证转换器的正常工作。
输入保护电路主要用于对输入电压进行过压保护、欠压保护等，以保护转换器的安全运行。
接下来，我们来了解一下隔离型DC-DC转换器的控制电路。
控制电路主要由控制芯片、反馈电路和PWM调制电路组成。
控制芯片是转换器的核心部件，它负责监测输出电压，并根据反馈电路的反馈信息来调节控制信号，控制转换器的工作状态。
反馈电路用于检测输出电压，并将检测到的电压信号反馈给控制芯片，以实现输出电压的稳定控制。
PWM调制电路主要用于产生PWM信号，通过调节PWM信号的占空比来控制转换器的输出电压。
我们来了解一下隔离型DC-DC转换器的输出电路。
输出电路主要由功率开关器件、输出滤波电路和输出保护电路组成。
功率开关器件通常采用晶体管或MOSFET等器件，用于实现输入电压向输出电压的转换。
输出滤波电路用于滤除输出电压中的高频噪声和干扰信号，以保证输出电压的稳定性和纹波度。
输出保护电路主要用于对输出电压进行过流保护、过压保护等，以保护负载和转换器的安全运行。
总的来说，隔离型DC-DC转换器通过输入电路将输入电压转换为控制电路可以处理的电压，然后通过控制电路对转换器进行控制，最后通过输出电路将控制电路处理后的电压输出给负载。
隔离型DC-DC转换器具有输入输出电气隔离的能力，可以有效地隔离输入端和输出端的电气噪声和干扰信号，提高系统的可靠性和稳定性。
隔离型DC-DC转换器广泛应用于电力电子、通信设备、工业控制等领域，为各种电子设备的正常运行提供了稳定可靠的电源支持。
隔离型dcdc转换器工作原理
隔离型dcdc转换器工作原理隔离型DC-DC转换器是一种常用的电力转换设备，其主要功能是将输入电源的直流电压转换为需要的输出电压。
它通过使用变压器来实现输入和输出之间的电气隔离，从而保护输出负载免受输入电源中的电气干扰和故障的影响。
隔离型DC-DC转换器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 输入电源隔离：隔离型DC-DC转换器的第一步是将输入电源与输出负载之间进行电气隔离。
这是通过使用变压器来实现的，变压器中的绕组将输入电源与输出负载完全隔离开来，避免了电气干扰的传递。
2. 输入端整流滤波：在输入电源进入隔离型DC-DC转换器之前，通常会先进行整流和滤波处理。
整流将交流电源转换为直流电源，滤波则去除直流电源中的纹波成分，以确保输入电源的稳定性和纹波的低水平。
3. 调节器件控制：隔离型DC-DC转换器通常采用调节器件来实现输入与输出电压之间的转换。
调节器件可以是开关管（如MOSFET）或开关二极管（如Schottky二极管），其工作周期由控制电路控制，以实现输入与输出之间的电压转换。
4. 变压器工作：在调节器件的控制下，输入电压经过变压器的绕组，通过电磁感应作用转换为输出电压。
变压器的绕组比例决定了输入与输出电压之间的变化关系。
5. 输出端滤波：转换后的输出电压通常会有一定的纹波成分，为了降低纹波的水平，隔离型DC-DC转换器会在输出端进行滤波处理。
滤波电路通常由电容器和电感器组成，能够有效去除输出电压中的纹波成分，使输出电压更加稳定。
6. 输出负载保护：隔离型DC-DC转换器还会具备一些保护功能，以保护输出负载不受输入电源中的干扰和故障的影响。
常见的保护功能包括过流保护、过压保护和短路保护等，能够在输出负载出现异常情况时及时切断输出电源，以保护负载的安全。
隔离型DC-DC转换器通过使用变压器进行电气隔离，并通过调节器件控制输入与输出之间的电压转换，实现了输入电源与输出负载之间的电气隔离和电压转换。
dc-dc变换器
dc-dc变换器DC-DC变换器概述DC-DC变换器是一种用于将直流电压转换为不同电压级别的电子设备。
它们在各种应用中被广泛使用，例如电力电子系统、通信设备、汽车电子和工业控制等领域。
DC-DC变换器的主要功能是将输入电压转换为所需的输出电压，并为负载提供恒定的电源。
工作原理DC-DC变换器的工作原理基于电感和电容的特性。
它通常由开关器件（如晶体管或MOSFET）、电感、电容和控制电路组成。
当开关器件关闭时，电感储存了电能，并将其传输到输出电路。
当开关器件打开时，电容通过输出电路释放储存的电能，从而为负载提供所需的电源。
类型DC-DC变换器有多种类型，根据其拓扑结构可以分为多种类型，包括升压变换器、降压变换器、升降压变换器和隔离型变换器等。
每种类型都有其适用的应用场景。
升压变换器升压变换器将输入电压转换为更高的输出电压。
它通常用于需要提供高电压的应用，例如太阳能和风能系统。
降压变换器降压变换器将输入电压转换为更低的输出电压。
它通常用于需要提供低电压的应用，如便携式电子设备和电动车辆。
升降压变换器升降压变换器可以在输入和输出之间进行电压转换。
它具有较强的适应性，适用于输入输出电压波动较大的应用，如太阳能系统。
隔离型变换器隔离型变换器通过磁耦合实现输入和输出之间的电气隔离。
它主要用于需要提供电气隔离的敏感应用，如医疗设备和工业控制系统。
效能和特性DC-DC变换器的效能和特性对于其性能至关重要。
以下是一些常见的效能和特性指标：1. 效率：变换器的效率是指输出功率与输入功率之比。
高效的变换器可以提高系统的能量利用率。
2. 转换速度：变换器的转换速度是指输出电压从一个电平转换到另一个电平所需的时间。
快速的转换速度可以减少能量损耗和电压波动。
3. 稳定性：变换器的稳定性是指在输入电压和负载变化时，输出电压的稳定性。
稳定的输出电压可以保证负载的正常运行。
4. 输入和输出电压范围：变换器应具有足够的输入和输出电压范围以适应各种应用场景。
ROHM开发出80V级高耐压DC-DC转换器“BD9G341AEFJ”
ROHM开发出80V级高耐压DC/DC转换器“BD9G341AEFJ”【ROHM半导体（上海）有限公司10月27日上海讯】全球知名半导体制造商ROHM面向需要大功率（高电压×大电流）的通信基站和工业设备领域，开发出耐压高达80V的MOSFET 内置型DC/DC转换器“BD9G341AEFJ”。
“BD9G341AEFJ”采用功率系统工艺0.6µm的高耐压BiCDMOS，作为非绝缘型DC/DC 转换器，实现了80V的业界最高耐压水平，在ROHM的DC/DC转换器产品阵容中，也是耐压最高的产品。
利用ROHM擅长的模拟设计技术优势，在80V级的DC/DC转换器中，还实现了业界最高的转换效率。
与一般产品相比，本产品即使输出引脚发生意外短路（接触），也可通过保护电路抑制发热从而防止产品受损，因此还非常有助于提高应用产品的可靠性。
不仅如此，这些优势仅通过简单的小型8引脚封装即完全实现，可减少安装面积和周边零部件数量。
本产品于2015年10月开始以月产6万个的规模投入量产（样品价格 600日元/个：不含税）。
前期工序的生产基地为ROHM滨松株式会社（滨松市），后期工序的生产基地为ROHM Electronics Philippines, Inc.（菲律宾）。
今后，ROHM将充分发挥所擅长的模拟设计技术优势，继续开发高耐压、高效率、高可靠性的电源IC。
＜背景＞近年来，节能意识几乎在所有的领域持续高涨。
即使是在大功率工业设备类产品中，可支持大功率的功率元器件和电源IC节能型半导体的应用越来越广泛。
而当用于大功率产品时，为确保受到因雷电等导致的突发性浪涌电压时产品也不损坏，要求产品的耐压水平高于输入电压。
ROHM利用所擅长的最尖端的功率系统工艺和垂直统合型一条龙生产线，不仅可确保产品的特性，而且还面向非常重视可连续工作的可靠性和长期稳定供应的工业设备市场，开发出众多新产品。
此次，ROHM面向因智能手机的流量增加而需求日益扩大的通信基站和高性能化发展迅速的工厂FA设备、电机应用领域，开发出业界最高级别耐压的80V级DC/DC转换器。
DCDC变换器技术现状发展趋势
DCDC变换器技术现状发展趋势DC/DC变换器是一种将直流电压从一个电压级别转换为另一个电压级别的电力转换设备。
它在电子设备和电力系统中得到了广泛应用，如电子产品、工业自动化、新能源发电等领域。
目前，DC/DC变换器技术的发展主要集中在以下几个方面：1.高效率：随着能源紧缺和环境保护意识的增强，高效率是DC/DC变换器技术的重要发展方向。
在能量转换过程中，变换器的能量损耗会导致能量浪费和系统发热，因此提高DC/DC变换器的转换效率是减少能源浪费和改善系统性能的关键。
2.多功能性：随着电子设备功能的不断扩展和多样化需求的出现，DC/DC变换器需要具备更多的功能和特性。
例如，需要具有多个输出电压、带有隔离功能、可调节输出电压和电流等功能。
3.小型化：随着电子设备体积的缩小和便携性的要求提高，DC/DC变换器需要越来越小。
因此，封装技术的进步、高频开关管的应用等都是实现DC/DC变换器小型化的关键技术。
4.高可靠性：在一些关键场合，如军事设备、卫星等，需要DC/DC变换器具有很高的可靠性和稳定性。
因此，研发具有高抗干扰能力和长寿命的DC/DC变换器是一个重要的课题。
5. 新型拓扑结构：传统的DC/DC变换器拓扑结构如Buck、Boost和Buck-Boost已经非常成熟，但它们也存在一些局限性，如输出电压范围有限、效率不高等。
因此，研究新的拓扑结构如谐振变换器、多电平变换器等是一种有潜力的发展方向。
6.系统集成和智能化：随着电子系统的集成度不断提高，DC/DC变换器也需要与更多的控制电路和传感器进行集成，以实现更高级的功能和管理。
例如，集成功率管理芯片、数字控制技术等，可以实现更高级的功率管理和更好的系统控制。
总的来说，DC/DC变换器技术在高效率、多功能性、小型化、高可靠性、新型拓扑结构和系统集成智能化方面都有很大的发展空间。
随着电子产品需求的不断增加，DC/DC变换器的性能和功能要求也将不断提高。
隔离型DC DC变换器
N1 N3 N2
Ud i1
i3
S
D3
iL
uL
D2
C
R uo
图1-24 实际单端正激变换电路图
U1
U1tON
N1 N3
U t3 rst
Ud
Ud
复位时间：
trst
N3 N1
tON
最大占空比：
D tON 1 tON trst 1 N3 N1
5
图126 实际 正激变换器 的波形图
u1
Ud
O
N1 N3
过程：开关S关断后，变压器励磁电流通过Ｎ3绕组和Ｄ３流
回电源，并逐渐线性的下降为零。从S关断到Ｎ3绕组的电流下
降到零所需的时间trst由式
trst
N3 N1
tON
给出。S处于断态的时
间必须大于trst，以保证S下次开通前励磁电流能够降为零，使
变压器磁心可靠复位。
4
图1.25 磁芯复位原理
i2 D1
iL
O
t
Ud
t t t t 18 t
图1.27 单端正激改进型电路之二
S1 Ud
D3
D1
L
uL
N1
N2
D2
C
R uo
D4
S2
图1-27 双管单端正激变换器电路
返回
19
图1.2 单端反激基本电路
返回
20
图1.2 单端反激电路波形图
返回
21
io
图1-28 单端反激式变换器电路
N1: N2
i2
D
C
S
（b）
R Uo
8
1.3.2 单端反激变换器
工作原理：S导通时，由于变压器付边感应
隔离型DCDC变换器
公司背景：某知名电子设备制造商
产品特点：高效、低噪声、高可靠性
设计原理：采用高频变压器进行隔离，提高效率
应用领域：广泛应用于通信、医疗、工业等领域
案例二：某航空航天器的电源系统设计
航空航天器的电源系统需求：高可靠性、高稳定性、低噪声
隔离型DCDC变换器的应用：为航空航天器的电子设备提供稳定、可靠的电源
正确选择变压器匝数比，保证输出功率
合理设计滤波器，提高输出质量
采用合适的控制策略，提高系统稳定性
注意散热设计，保证设备长期稳定运行
常见故障分析和排除方法
排除方法：调整输入电压、稳定负载、重新设置电路参数
故障现象：输出电流过大
原因分析：元器件老化、散热不良
原因分析：输入电压波动、负载变化、电路参数设置不当
航空航天和军事领域
航空航天领域：用于卫星、航天器等设备的电源系统
隔离型DCDC变换器在航空航天和军事领域中，需要满足高可靠性、高稳定性、高功率密度等要求
隔离型DCDC变换器在这些领域中的应用，有助于提高设备的性能和可靠性，保障设备的正常运行。
军事领域：用于军事装备、通信设备等的电源系统
电动汽车和智能交通系统
04
磁性元件的设计和优化
磁性元件的作用：在隔离型DCDC变换器中，磁性元件起着关键作用，如变压器、电感等。
磁性元件的设计原则：根据隔离型DCDC变换器的工作原理和性能要求，设计出合适的磁性元件。
磁性元件的优化方法：通过优化磁性元件的尺寸、材料、结构等参数，提高隔离型DCDC变换器的性能和可靠性。
磁性元件的设计和优化实例：列举一些成功的磁性元件设计和优化案例，说明其对隔离型DCDC变换器性能的影响。
隔离型DCDC变换器通常用于电子设备中，如笔记本电脑、手机等，以提供稳定的电源电压。
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新型功率系统级封装隔离DC-DC转换器
常用于通讯系统的两大架构：分布式电源(DPA)和中转总线架构(IBA)，
各有优劣。
分布式电源(DPA)的分布效率高，但体积较大，成本较高。
中转总
线架构(IBA) 在窄范围的半稳压或完全不稳压式，具有极高的功率密度和效率;而对于宽范围的稳压或半稳压式，具有较低的效率和功率密度。
在不稳压情况下，每个NiPOL 的输入电压变化是1/K，K 是IBC 的降压比率。
IBA 的优势是通
过使用较小的NiPOL 和一级隔离电源，将电源系统的整体尺寸和成本降至最低。
小型NiPOL 可以靠近点负载，顾名思义是得到更好的瞬态响应。
与DPA 相比，IBA 的每路电压有两级转换，分布损耗以中转母线电流的平方增加，因此它的
缺点是系统整体效率较低。
这种构架的效率很难做高，是因为中转母线电压比DPA 拓扑低四倍以上，因此对于给定的输出功率产生更高的中转母线电流。
此外，每个NiPOL 的中转母线电压不会产生最佳的效率。
发挥DPA 和IBA 两者优势
如果能将DPA 和IBA 拓扑两者的优势相结合, 系统总体尺寸能够进一步降低但对效率不造成明显影响，同时仍然保留直接向点负载供电的能力，某
些系统的功率配置便可通过缩小尺寸或减少所需的转换阶数而受益。
Picor 公司最新发布了Cool-PowerTM PI3101 隔离式DC-DC 转换器，将高效率软开关电源架构与创新的集成式功率系统级封装(PSiP)概念相结合，可以使隔离式1/16
砖电源封装尺寸缩小一半以上。
这种革命性的新电源转换器通过将1/16 砖替换为小封装尺寸，来降低使用多个1/16 砖的现有DPA 系统的尺寸，这止小封装尺寸的元件，甚至比很多
市面上的NiPOL 转换器还小。
在尺寸和重量敏感的应用中，可以考虑采用这种产品。
径产品有一系列可用输出电压，允许系统设计人员灵活地将所需的隔离。