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Modeling Method and Design Optimization for a SoftSwitched DC-DC Converter

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标签: 开关电源

开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。

High  performance  cloud  computing  enables  manykey  future  technologies  such  as  artificial  intelligence  (AI),  selfdriving  vehicle,  big  data  analysis,  and  the  internet  of  things  (IoT),using  clustered  CPU  and  GPU  servers  in  the  datacenter.  Toimprove  the  power  efficiency  and  the  infrastructure  flexibility,the  computing  industry  is  adopting  54VDC  to  power  the  serversin  the  open  compute  racks.  In  this  paper,  a  new  modelingtechnique  for  a  soft-switched  DC-DC  converter  is  presented  andsuitable  to  guide  optimal  design  in  different  applications,  forexample,  54V  to  point-of-load  (PoL)  for  the  new  open  computerack.  To  improve  the  model  accuracy  and  reduce  the  complexity,this  paper  proposes  a  reduced  order  linear  differential  equation(LDE)  based  modeling  technique  to  discover  1)  the  tankresonance  involving  the  output  inductor;  2)  output  current  rippleand  its  impact  on  power  efficiency;  3)  the  proper  on-time  controlfor  soft  switching;  4)  unique  bleeding  mode  under  the  heavy  load;5)  output  power  capability  of  the  converter;  and  6)  componenttolerance  analysis  and  impact  on  the  performance  of  theconverter.  With  the  power  loss  estimation,  design  guideline  isprovided  for  a  reference  design  and  design  improvement  basedon  this  new  modeling  technique.  Using  the  proposed  method,great  accuracy  can  be  expected  in  the  efficiency  estimation.Simulation  and  experimental  results  are  provided  to  verify  themodeling  technique  in  a  54V-1.2V  25A  DC-DC  converterprototype.

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