在众多行业里，机器电气化带来了全新且具挑战性的使用场景，此时高功率密度的双向DC – DC转换器就成了理想之选。本文会阐述高效的固定比率DC – DC转换器模块对瞬态回收负载的支持，并且不需要昂贵复杂的液冷系统。
电气化浪潮席卷工业、车辆、航空航天和国防设备等领域，背后的经济和文化因素众所周知。电气化不仅环保，能减少碳排放，还提升了性能，像电动汽车的加速性能就得益于大扭矩电机。电气设备和电动汽车多使用270V到1000V的高压直流电，这样能减少功率损耗，还能实现高水平的机械力转换。DC – DC转换器在高压转低压方面意义重大，广泛用于多个领域。其可通过分立式元件或模块化封装实现，本文重点在模块形式。
曾经12V在直流子系统供电网络占主导，近10年，随着负载功率需求增长和安全标准要求，行业开始向48V过渡，催生了高压至48Vdc转换器，48V的DC – DC转换器电源模块随之被采用，它具有多种优势，还支持能量回收。
高压直流电在工业设备、汽车和基础设施中的应用在加速。电解电池是移动和手持应用的好选择，其技术快速迭代，大多数可充电，支持再生能量系统，节能效益可观。电动汽车常用400VDC和800VDC的电池组，未来800V电池组可能占主导。轻度混合动力汽车常用48VDC电池。电动汽车类型多样，电动版在用户体验方面常优于内燃机车型。
48VDC电源正取代12VDC电源是有原因的。更高电压输出相同功率时电流更低，而配电功率损耗与电流平方成正比，在高功率应用中，提高电压可减少传导损耗。48VDC供电网络的母线和电缆更细、更轻、成本更低。
先进的48V电源模块在效率和性能上达到新水平。例如Vicor BCM6135系列，它是固定比率隔离式母线转换器电源模块，集成磁性元件，有双向转换功能，支持再生电池应用。某额定功率2.5kW的模块，转换效率高达97.3%，体积功率密度等指标表现优秀。该模块支持瞬时双向启动和稳态运行，可作电容倍增器，还有极快的负载阶跃瞬态性能，可替代辅助电池和超级电容器。它的输入电压范围宽，能支持多种直流电压配电标准。其封装薄，采用多种工艺提升热敏捷性，三维互连封装有低热阻和高热适应性。
BCM6135这种高压至48V电源转换模块常用于持续负载，也适合瞬态脉冲负载，可能使用被动冷却。以再生电动汽车主动悬挂为例，它是典型双向使用场景，线性电机只有遇到颠簸才激活。过去12Vdc不足以驱动主动悬挂电机，800Vdc主电池供电虽可行但安全性有隐患。BCM6135的峰值额定功率等指标适用于工作电压范围低端。汽车厂商倾向用被动散热方法为主动悬挂DC – DC转换器子系统散热，设计要验证模块能满足峰值瞬态负载需求且不过热。
热容可计算模块在瞬态热事件期间的热时间常数，产品数据手册中的热容值是简化计算值，虽为线性化简化，但有助于设计师快速估算产品温度变化行为。在假设封装顶部和底部冷却等条件下模拟电路，结果显示重复脉冲下最高内部温度保持在约115°C，还应进行应用测试。
BCM6135本身双向转换功能可瞬时切换工作方向，转换效率不受电流流向影响。在再生主动悬挂应用中，车辆行驶时电池和电机角色会根据路况转换，所有操作无需车载处理器干预。在实验室测试中，BCM6135在不同测试条件下表现出良好的热稳定性，证明目标被动冷却应用的可行性，不过在某些测试中温度未达稳态但仍有积极意义。最终实验表明在密封外壳工作温度范围内，使用被动冷却散热器时，BCM6135可支持1.3kW平均功率持续30秒。
电气化优势明显，推动全球设备采用高压至48V DC – DC转换。随着电池电压增加和48V低压母线普及，集成式高压至48V电源模块在电动汽车和混合动力汽车中应用更广。新一代双向固定比率母线转换器模块电气和散热性能出色，能满足如电动汽车主动悬挂系统等瞬态再生应用的苛刻要求，本文的被动冷却研究结果在行业采用更昂贵液冷供电系统的趋势下意义重大。
