數百伏的 DC 電源並非如人們想象的那樣不常見。也許首先進入腦海的一種應用是電動型汽車，在這種汽車中，鋰離子電池組的電壓範圍高達 400V。不過一些不那麼為人熟知的高壓應用出現在現代戰機中

，例如 F-22 猛禽 (F-22 Raptor) 和 F-35 閃電 II (F-35 Lighting II)，這些戰鬥機主要由 270V DC 電源供電，以實現更快速
、精準的性能。大型太陽能陣列可以輸出 600V 或更高的電壓，而對工業電機驅動器中的 AC 電壓整流，可產生範圍為 170V 至 680V 的 DC 電壓。

 

很多年來，人們一直在開展研發工作，以將數據中心的配電從 AC 變為高壓 DC (380V 或 ±190V)
，從而減少電源轉換步驟、設備占用空間和運行成本
，同時方便與太陽能等可再生能源整合。以較高電壓配電降低了電流值，從而降低了電阻性損耗 (I2 • R)，這個特點可用來減輕電纜重量。所有這些高壓電源都需要開關和軟啟動以給負載供電。就jiu能neng量liang監jian視shi和he優you化hua而er言yan，以yi數shu字zi化hua方fang式shi監jian視shi在zai高gao壓ya總zong線xian上shang的de電dian壓ya和he電dian流liu是shi必bi不bu可ke少shao的de。任ren何he控kong製zhi這zhe些xie電dian源yuan的de電dian路lu都dou必bi須xu是shi電dian氣qi隔ge離li的de，以yi保bao證zheng操cao作zuo人ren員yuan的de安an全quan，並bing針zhen對dui危wei險xian的de高gao壓ya對dui低di壓ya電dian子zi組zu件jian提ti供gong保bao護hu。

 

控製浪湧電流和監視電源的方法

 

設計高壓電源時
，一個重要的目標是安全地控製進入電容性負載的啟動浪湧電流，例如典型橋式整流器後麵跟隨的 DC 總線電容器。一種降低浪湧電流的簡單方法是，使用負溫度係數 (NTC) 熱敏電阻器，也稱為浪湧電流限製器 (ICL，圖 1a)。在電源或負載接通之前，這些熱敏電阻器在室溫時有很大的電阻 (例如幾歐姆)
；大電阻限製了接通時的浪湧電流。隨著電流流過
，熱敏電阻器溫度升高，其電阻也隨之減小一至兩個量級 (減小到 1/10 至 1/100
，變為低於 1 歐姆)。這些熱敏電阻器的價格在每個 0.13 美元至 7 美元之間，視電流和電阻額定值的不同而不同。盡管簡單易用
，但問題是，快速電源周期 (接通 - 斷開 - 接通) 也許導致在第二次加電時無法限製浪湧電流
，因為熱敏電阻器可能沒有充足的時間冷卻至大電阻狀態。NTC 熱敏電阻器有很寬的容限 (±25%)

，而且因為浪湧電流通過電阻下降率與穩態電流相聯係，所以浪湧電流不能靈活地調節至任意低的值。ICL 在吸塵器、熒光燈和開關模式電源中都有應用，在這些應用中降低了橋式整流器 DC 總線電容器的浪湧電流。

 

為了克服 NTC 熱敏電阻器在快速重啟時沒有浪湧電流限製這個缺點，使用了一個與該電阻器並聯的短接繼電器。這個繼電器稱為階躍啟動繼電器 (圖 1b)。在(zai)接(jie)通(tong)時(shi)

，並(bing)聯(lian)中(zhong)繼(ji)器(qi)開(kai)路(lu)，浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)由(you)電(dian)阻(zu)器(qi)限(xian)製(zhi)。一(yi)個(ge)定(ding)時(shi)器(qi)也(ye)同(tong)時(shi)啟(qi)動(dong)，當(dang)定(ding)時(shi)器(qi)到(dao)期(qi)時(shi)，繼(ji)電(dian)器(qi)短(duan)接(jie)電(dian)阻(zu)器(qi)。負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)現(xian)在(zai)流(liu)經(jing)繼(ji)電(dian)器(qi)。在(zai)快(kuai)速(su)重(zhong)啟(qi)時(shi)，階(jie)躍(yue)啟(qi)動(dong)繼(ji)電(dian)器(qi)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)浪(lang)湧(yong)限(xian)製(zhi)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)短(duan)接(jie)繼(ji)電(dian)器(qi)和(he)一(yi)個(ge)控(kong)製(zhi)繼(ji)電(dian)器(qi)接(jie)通(tong)的(de)定(ding)時(shi)器(qi)。由(you)於(yu)複(fu)雜(za)性(xing)提(ti)高(gao)
，解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)成(cheng)本(ben)也(ye)提(ti)高(gao)到(dao)了(le) 20 美元至 30 美元範圍。

 

其他浪湧電流控製方法包括過零可控矽
、有源功率因數控製電路和具阻尼的電感性輸入濾波。這類方法大多數是複雜、笨重
、昂貴，且僅適用於 AC 輸入。

 

一種用於隔離式電流監視的方法是，跨電流檢測電阻器兩端使用一個隔離放大器以及用一個差分至單端轉換放大器給 ADC 饋電。另一種方法是，使用一個隔離式增量累加 (ΔΣ) 調製器和一個外部數字濾波器。

 

正如已經看到的那樣，控製、保護和監視高壓 DC 電源需要將很多組件拚湊到一起，並讓這些組件安全和無縫地運行。這不是微不足道的任務。這類分立式解決方案尺寸大、組件密集、價格昂貴而且缺乏安全認證。人們需要一種集成式和經過認證的解決方案，以將設計時間和認證工作從多個月縮短到幾周時間。

 

圖 1：浪湧控製限製器。(a) 負溫度係數 (NTC) 熱敏電阻器
；(b) 階躍啟動繼電器

 

用於高壓電源控製和遙測的集成式解決方案

 

LTM9100µModule®(微型模塊) IC 是一款緊湊型一體化解決方案，用於控製、保護和監視高達 1000V 的 DC 高壓電源 (圖 2a)。5kVRMS的隔離勢壘將邏輯和數字接口與驅動外部 N 溝道 MOSFET 或 IGBT 開關的開關控製器隔離開。這種隔離是需要的，以控製電路保護、操作人員安全和斷開接地通路。負載是軟啟動的 (圖 2b)，針對過載用電流限製斷路器為電源提供保護。通過 I2C/SMBus 接口訪問兩個電壓輸入和用隔離式 10 位 ADC 測量的負載電流值，從而實現對高壓總線的功率、能量和熱量的監視。
 

 

 

 

圖 2：(a) 具遙測功能的 LTM9100 Anyside™ 高壓隔離式開關控製器 (b) LTM9100 軟啟動、270V 負載和 200mA 受控浪湧電流

 

LTM9100 運用淩力爾特的隔離器 μModule 技術以穿越一個隔離勢壘轉換信號和功率。信號被編碼為脈衝並采用在 μModule 襯底中形成的無芯變壓器橫跨隔離邊界進行傳輸
，從而造就了一種極其堅固的雙向通信方案。可在共模瞬變達 50kV/μs 的情況下保證不間斷的通信。由一個包括變壓器在內的全麵集成 DC/DC 轉換器為隔離側供電，因而免除了增設外部組件的需要。為了保證隔離勢壘的堅固性，每個 LTM9100 控製器在生產時經過測試，隔離性能達到 6kVRMS。LTM9100 將由 UL 1577 標準給予認可
，從而可為最終設備製造商節省數月的認證時間。高的穿通絕緣距離轉化為隔離勢壘兩端上的 ±20kV 高 ESD 防護等級。μModule 封裝整合了若幹組件和技術以提供一種具成本效益的先進解決方案

，可最大限度地縮減電路板空間並改善電性能和熱性能。

 

圖 3：淩力爾特的隔離器 µModule 技術內部結構

 

由於其隔離性，LTM9100 很容易針對高壓側
、低壓側 (地回路) 和浮置應用 (圖 4) 進行配置。LTM9100 足夠通用，不僅可在熱插拔板卡中，而且可在 AC 變壓器、電機驅動器和電感性負載中控製浪湧電流。可調欠壓和過壓閉鎖門限確保僅當輸入電源位於有效範圍內時負載才運行。22mm x 9mm x 5.16mm BGA 封裝在邏輯側和隔離側之間提供 14.6mm 爬電距離。
 

 

 

圖 4：用於高壓側或低壓側開關應用的 LTM9100

 

結論

 

傳統上
，高壓 DC 電(dian)源(yuan)用(yong)在(zai)工(gong)業(ye)環(huan)境(jing)中(zhong)
，但(dan)是(shi)其(qi)他(ta)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)也(ye)在(zai)向(xiang)著(zhe)更(geng)高(gao)電(dian)壓(ya)發(fa)展(zhan)，以(yi)降(jiang)低(di)配(pei)電(dian)成(cheng)本(ben)並(bing)提(ti)高(gao)其(qi)效(xiao)率(lv)，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)大(da)量(liang)耗(hao)費(fei)功(gong)率(lv)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)。這(zhe)類(lei)電(dian)源(yuan)需(xu)要(yao)一(yi)種(zhong)簡(jian)單(dan)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)控(kong)製(zhi)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)、保護電源自身並監視電源的使用。LTM9100 是同類器件中的首款，提供這種簡單

、緊(jin)湊(cou)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，因(yin)提(ti)供(gong)經(jing)過(guo)認(ren)證(zheng)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)而(er)勝(sheng)過(guo)分(fen)立(li)式(shi)和(he)基(ji)於(yu)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)電(dian)路(lu)，該(gai)器(qi)件(jian)還(hai)節(jie)省(sheng)了(le)電(dian)路(lu)板(ban)麵(mian)積(ji)和(he)數(shu)月(yue)設(she)計(ji)時(shi)間(jian)和(he)認(ren)證(zheng)工(gong)作(zuo)。所(suo)需(xu)的(de)全(quan)部(bu)功(gong)能(neng) (包括數字遙測和隔離式電源在內) 都整合到了一個緊湊的
、表麵貼裝的扁平 BGA 封裝中。

 

 

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