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成本優(yōu)勢(shì)大比拼,選buck電路還是三級(jí)電路?

發(fā)布時(shí)間:2015-07-23 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】本篇文章對(duì)雙buck的成本有獨(dú)到的見解,并將其與三級(jí)電路之間進(jìn)行了對(duì)比分析。最后通過(guò)實(shí)例的方式為大家進(jìn)一步分析了其中的不同,希望大家在閱讀過(guò)本篇文章之后能夠有所收獲。
 
對(duì)于buck電路的成本,很多人認(rèn)為與三級(jí)電路相比其優(yōu)勢(shì)并不明顯。但實(shí)際上,從性能、尺寸、可靠性上來(lái)說(shuō),buck電路都要優(yōu)于三級(jí)電路。糾結(jié)于成本問(wèn)題的設(shè)計(jì)者有可能是因?yàn)閷?shí)踐機(jī)會(huì)較少,對(duì)成本的了解不夠深刻,所以出現(xiàn)了高估的現(xiàn)象。另一方面,一旦多家企業(yè)都開始產(chǎn)出,就必定將對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化,到時(shí)成本將不再是問(wèn)題。下面就來(lái)對(duì)雙buck電路的成本問(wèn)題進(jìn)行討論。
 
就性能而言,三級(jí)電路與雙BUCK是不在一個(gè)層面的。但三級(jí)電路控制非常簡(jiǎn)單,容易理解,不像雙BUCK電路控制復(fù)雜精確。三級(jí)電路采用的MOS功率器件太多,影響大批量的可靠性,這是其一,其二是傳統(tǒng)BUCK電路的缺點(diǎn),無(wú)論哪種工作模式,均沒有雙BUCK的性能優(yōu)秀。這是導(dǎo)致效率不高的原因之一。多數(shù)人都知道。其三是三級(jí)電路的工作特性,導(dǎo)致其干擾會(huì)比兩級(jí)的大。
 
以70W的HID鎮(zhèn)流器方案為例,有高頻的,有三級(jí)全橋低頻通用方案,還有兩級(jí)半橋雙BUCK方案,均以設(shè)計(jì)成功。其中,想說(shuō)說(shuō)低頻方案的兩級(jí)和三級(jí)最主要的特點(diǎn):兩級(jí)半橋雙BUCK方案:成本上來(lái)說(shuō)并不比三級(jí)便宜。但在性能上要比三級(jí)要好一些,如:輸出波形、溫升、效率等。但雙BUCK的控制較復(fù)雜,參數(shù)調(diào)試麻煩,互相牽制,調(diào)試之初稍有不慎,就會(huì)爆響,不過(guò)一旦參數(shù)調(diào)試OK后,便能可靠運(yùn)行。至于恒功率控制精度及MCU整體控制和三級(jí)差不多,都是采用恒流方式來(lái)達(dá)到恒功率。三級(jí)全橋低頻通用方案:電路結(jié)構(gòu)清晰,易懂,各部分獨(dú)立運(yùn)作,便于調(diào)試,元件通用性強(qiáng),便于采購(gòu)??梢圆捎弥C振點(diǎn)火,相對(duì)于兩級(jí)來(lái)說(shuō),可以省去點(diǎn)火MOSFET或IGBT。為了避免產(chǎn)品同質(zhì)化,突出其差異化,現(xiàn)主要生產(chǎn)兩級(jí)半橋雙BUCK結(jié)構(gòu)的金鹵燈電子鎮(zhèn)流器,相信隨著產(chǎn)量的提升,元器件成本就會(huì)有一定幅度的下降,到時(shí)將會(huì)比三級(jí)全橋結(jié)構(gòu)更有優(yōu)勢(shì)。
 
三級(jí)的效率其實(shí)不是問(wèn)題。調(diào)試得當(dāng)91是沒太大問(wèn)題的。可問(wèn)題不在效率這里。換向鋁電解的問(wèn)題,的確是個(gè)問(wèn)題,不然CCI也不會(huì)出如此復(fù)雜的波形來(lái)控制。但這個(gè)問(wèn)題,根本上來(lái)說(shuō),是可解決的,只是控制電路復(fù)雜一些而已。三級(jí)電路如果降壓為母線端,則需要高壓驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)麻煩。當(dāng)然這樣的結(jié)果是取樣方便。如果在地端,則取樣不便。全橋不可控狀態(tài)。
 
論成本,半橋兩級(jí)和全橋三級(jí)難分誰(shuí)高誰(shuí)低。論性能,難分孰優(yōu)孰劣,各有所長(zhǎng)各有所短。關(guān)鍵是看誰(shuí)能吃透原理,把控好工藝,這樣才能做出穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品,現(xiàn)在金鹵燈鎮(zhèn)流器行業(yè)因其技術(shù)門檻高的原因,價(jià)格并不作為主要因素考慮,絕大多數(shù)還停留在抄襲的層次,更談不上深刻理解甚至改進(jìn)提高的層次雖然有但是極少。
 
下面就把它還原成實(shí)際應(yīng)用的兩個(gè)拓?fù)洹?/div>
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圖2
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在圖2中,為了防止Q1Q2瞬間同時(shí)導(dǎo)通(即死區(qū))造成“天地通”,特加多一個(gè)電感,即使Q1Q2短時(shí)間同時(shí)導(dǎo)通,因電流不會(huì)突變,在三兩個(gè)微秒內(nèi),不致傷害。
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圖3
 
在圖3中,在充分評(píng)估了自己對(duì)死區(qū)時(shí)間把控的信心后,只用了一個(gè)電感;但Q1Q2體內(nèi)都寄生著一個(gè)二極管,并且是慢恢復(fù)的,這樣會(huì)令并聯(lián)的D3D4不起作用,拖慢速度,發(fā)熱。所以串聯(lián)了D1D2低導(dǎo)通電壓的肖特基二極管,讓D3D4分別在自己的相區(qū)時(shí)段里單獨(dú)起續(xù)流作用。
 
可以看到,C1C2C3的關(guān)系是并聯(lián)的,為什么?因?yàn)镃A、CB遠(yuǎn)遠(yuǎn)比它們大,在高頻脈沖電流狀態(tài)下C1C2C3相當(dāng)于并聯(lián)。
 
再講時(shí)序,當(dāng)換相,如:Q1停,輪到Q2工作的瞬間,當(dāng)Q2開,此時(shí)L2上的壓降是200V(VA)+VL,慢慢過(guò)渡到200V(VA)-VL。這個(gè)瞬間給C2放電的電流并不經(jīng)過(guò)電流采樣電阻,隨電功率大,C2容量也大,小功率時(shí)可以靠Q2硬撐,大功率時(shí),幾十安的沖擊電流如何能撐?在這種拓?fù)淅?,為了兼顧電流采樣的有效性C3遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于C1C2。
 
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