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    衡孚为您分享开关电源技术发展十大关注点
    资讯类别:行业新闻发布时间:2019-11-13浏览:4755

    开关电源一直是电子行业里非常热门的技术华体汇|登录入口 ,而它的发展趋势又是大家必须时刻关注的问题华体汇|登录入口 ,不然一不留神就会跟不上技术发展的步伐。电子元件技术网做了项开关电源技术发展关注焦点调查华体汇|登录入口 ,得出来以下十个热门关注点华体汇|登录入口 。
    关注点一:功率半导体器件性能
      1998年,Infineon公司推出冷mos管华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,它采用“ 超级结”(Super-Junction)结构,故又称超结功率 MOSFET华体汇|登录入口 。工作电压600V~800V华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,通态电阻几乎降低了一个数量级华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,仍保持开关速度快的特点华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,是一种有发展前途的高频功率半导体电子器件。
      IGBT刚出现时华体汇|登录入口 ,电压华体汇|登录入口 、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内,耐压水平限于1200V~1700V华体汇|登录入口 ,经过长时间的探索研究和改进华体汇|登录入口 ,现在 IGBT的电压华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A华体汇|登录入口 ,高压IGBT单片耐压已达到6500V,一般IGBT的工作频率上限为20kHz~40kHz华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT华体汇|登录入口 ,可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)华体汇|登录入口 。
      IGBT的技术进展实际上是通态压降华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,快速开关和高耐压能力三者的折中华体汇|登录入口 。随着工艺和结构形式的不同华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,IGBT在20年历史发展进程中华体汇|登录入口 ,有以下几种类型:穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、沟漕型和电场截止(FS)型。
      碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,其优点是:禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、通态电阻小华体汇|登录入口 、导热性能好、漏电流极小华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、 PN结耐压高等华体汇|登录入口 ,有利于制造出耐高温的高频大功率半导体电子元器件华体汇|登录入口 。
      指出碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料华体汇|登录入口 。
    关注点二:开关电源功率密度
      提高开关电源的功率密度华体汇|登录入口 ,使之小型化、轻量化华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,是人们不断努力追求的目标华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话华体汇|登录入口 ,数字相机等)尤为重要华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。使开关电源小型化的具体办法有:
      一是高频化。为了实现电源高功率密度,必须提高PWM变换器的工作频率华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、从而减小电路中储能元件的体积重量华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。
      二是应用压电变压器华体汇|登录入口 。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻华体汇|登录入口 、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的 “电压-振动”变换和“振动- 电压”变换的性质传送能量华体汇|登录入口 ,其等效电路如同一个串并联谐振电路华体汇|登录入口 ,是功率变换领域的研究热点之一。
      三是采用新型电容器华体汇|登录入口 。为了减小电力电子设备的体积和重量华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,必须设法改进电容器的性能,提高能量密度华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器华体汇|登录入口 ,要求电容量大华体汇|登录入口 、等效串联电阻ESR 小华体汇|登录入口 、体积小等。
    关注点三:高频磁与同步整流技术
      电源系统中应用大量磁元件华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,高频磁元件的材料华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、结构和性能都不同于工频磁元件华体汇|登录入口 ,有许多问题需要研究华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求:损耗小华体汇|登录入口 ,散热性能好华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,磁性能优越华体汇|登录入口 。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,纳米结晶软磁材料也已开发应用华体汇|登录入口 。
      高频化以后华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,为了提高开关电源的效率华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,必须开发和应用软开关技术华体汇|登录入口 。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点华体汇|登录入口 。
      对于低电压、大电流输出的软开关变换器华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。例如同步整流SR技术华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管华体汇|登录入口 ,代替萧特基二极管(SBD),可降低管压降华体汇|登录入口 ,从而提高电路效率。
    关注点四:分布电源结构
      分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站(如图像处理站)、大型数字电子交换系统等的电源,其优点是:可实现 DC/DC变换器组件幕寤銃登录入口 ?榛?;容易实现N+1功率冗余华体汇|登录入口 ,易于扩增负载容量华体汇|登录入口 ;可降低48V母线上的电流和电压降华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ;容易做到热分布均匀华体汇|登录入口 、便于散热 设计华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ;瞬态响应好华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ;可在线更换失效幕寤銃登录入口 华体汇|登录入口 ?榈?。
      现在分布电源系统有两种结构类型华体汇|登录入口 ,一是两级结构华体汇|登录入口 ,另一种是三级结构华体汇|登录入口 。
    关注点五:PFC变换器
      由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容华体汇|登录入口 ,在正弦电压输入时华体汇|登录入口 ,单相整流电源供电的电子设备华体汇|登录入口 ,电网侧(交流输入端)功率因数仅为 0.6~0.65。采用PFC(功率因数校正)变换器华体汇|登录入口 ,网侧功率因数可提高到0.95~0.99,输入电流THD小于10%华体汇|登录入口 。既治理了电网的谐波污染华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,又提高了电源的整体效率华体汇|登录入口 。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相APFC国内外开发较早,技术已较成熟华体汇|登录入口 ;三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种,但还有待继续研究发展华体汇|登录入口 。
      一般高功率因数AC/DC开关电源,由两级拓扑组成华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,对于小功率AC/DC开关电源来说华体汇|登录入口 ,采用两级拓扑结构总体效率低华体汇|登录入口 、成本高。
      如果对输入端功率因数要求不特别高时华体汇|登录入口 ,将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑,构成单级高功率因数AC/DC开关电源华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,只用一个主开关管华体汇|登录入口 ,可使功率因数校正到0.8以上,并使输出直流电压可调,这种拓扑结构称为单管单级即S4PFC变换器华体汇|登录入口 。
    关注点六:电压调节器?华体汇|登录入口 ?閂RM
      电压调节器??槭且焕嗟偷缪?华体汇|登录入口 、大电流输出DC-DC变换器???,向微处理器提供电源华体汇|登录入口 。
      现在数据处理系统的速度和效率日益提高,为降低微处理器IC的电场强度和功耗华体汇|登录入口 ,必须降低逻辑电压,新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,而电流则高达50A~100A华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,所以对VRM的要求是:输出电压很低华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、输出电流大、电流变化率高华体汇|登录入口 、快速响应等华体汇|登录入口 。
    关注点七:全数字化控制
      电源的控制已经由模拟控制华体汇|登录入口 ,模数混合控制华体汇|登录入口 ,进入到全数字控制阶段。全数字控制是一个新的发展趋势华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,已经在许多功率变换设备中得到应用华体汇|登录入口 。
      但是过去数字控制在DC/DC变换器中用得较少华体汇|登录入口 。近两年来华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,电源的高性能全数字控制芯片已经开发,费用也已降到比较合理的水平,欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件华体汇|登录入口 。
      全数字控制的优点是:数字 信号与混合模数信号相比可以标定更小的量华体汇|登录入口 ,芯片价格也更低廉华体汇|登录入口 ;对电流检测误差可以进行精确的数字校正华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,电压检测也更精确华体汇|登录入口 ;可以实现快速华体汇|登录入口 ,灵活的控制设计华体汇|登录入口 。
    关注点八:电磁兼容性
      高频开关电源的电磁兼容EMC问题有其特殊性华体汇|登录入口 。功率半导体开关管在开关过程中产生的di/dt和dv /dt华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰。有些情况还会引起强电磁?。ㄍǔJ墙华体汇|登录入口 。┓?华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。不但严重污染周围电磁环境,对附近的电气设备造成电磁干扰,还可能危及附近操作人员的安全华体汇|登录入口 。同时华体汇|登录入口 ,电力电子电路(如开关变换器)内部的控制电路也必须能承受开关动作产生的EMI及应用现场电磁噪声的干扰华体汇|登录入口 。上述特殊性华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,再加上EMI测量上的具体困难华体汇|登录入口 ,在电力电子的电磁兼容领域里华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,存在着许多交*科学的前沿课题有待人们研究华体汇|登录入口 。国内外许多大学均开展了电力电子电路的电磁干扰和电磁兼容性问题的研究华体汇|登录入口 ,并取得了不少可喜成果华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。近几年研究成果表明,开关变换器中的电磁噪音源,主要来自主开关器件的开关作用所产生的电压华体汇|登录入口 、电流变化。变化速度越快,电磁噪音越大华体汇|登录入口 。
    关注点九:设计和测试技术
      建模华体汇|登录入口 、仿真和CAD是一种新的设计工具华体汇|登录入口 。为仿真电源系统华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,首先要建立仿真模型,包括电力电子器件华体汇|登录入口 、变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁元件和磁场分布模型等华体汇|登录入口 ,还要考虑开关管的热模型华体汇|登录入口 、可*性模型和 EMC模型华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。各种模型差别很大华体汇|登录入口 ,建模的发展方向是:数字-模拟混合建模、混合层次建模以及将各种模型组成一个统一的多层次模型等华体汇|登录入口 。
      电源系统的CAD,包括主电路和控制电路设计华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、器件选择华体汇|登录入口 、参数最优化、磁设计华体汇|登录入口 、热设计华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、EMI设计和印制电路板设计华体汇|登录入口 、可*性预估、计算机辅助综合和优化设计等华体汇|登录入口 。用基于仿真的专家系统进行电源系统的CAD,可使所设计的系统性能最优华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,减少设计制造费用华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,并能做可制造性分析,是21世纪仿真和CAD技术的发展方向之一华体汇|登录入口 。此外,电源系统的热测试华体汇|登录入口 、EMI测试、可*性测试等技术的开发华体汇|登录入口 、研究与应用也是应大力发展的。
    关注点十:系统集成技术
      电源设备的制造特点是:非标准件多、劳动强度大华体汇|登录入口 、设计周期长华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、成本高华体汇|登录入口 、可*性低等,而用户要求制造厂生产的电源产品更加实用华体汇|登录入口 、可*性更高华体汇|登录入口 、更轻小、成本更低。这些情况使电源制造厂家承受巨大压力华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,迫切需要开展集成电源??榈难芯靠⒒寤銃登录入口 华体汇|登录入口 ,使电源产品的标准化、?华体汇|登录入口 ?榛寤銃登录入口 、可制造性、规模生产华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 、降低成本等目标得以实现华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。 实际上华体汇|登录入口 ,在电源集成技术的发展进程中,已经经历了电力半导体器件?华体汇|登录入口 ?榛?华体汇|登录入口 ,功率与控制电路的集成化华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 ,集成无源元件(包括磁集成技术)等发展阶段华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。近年来的发展方向是将小功率电源系统集成在一个芯片上,可以使电源产品更为紧凑,体积更小华体汇|登录入口 ,也减小了引线长度华体汇|登录入口 ,从而减小了寄生参数华体汇|登录入口 华体汇|登录入口 。在此基础上,可以实现一体化,所有元器件连同控制?华体汇|登录入口 ;ぜ稍谝桓瞿?橹谢寤銃登录入口 。

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