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新式开关电源技能的探析

开关电源一直是电子行业里非常热门的技术,虽然它并的性能并不能对我们日常生活的改变带来天翻地覆的变化,而它的发展趋势又是电子产品设计师和商家所关注的问题之一,新的产品必然会带动更多的商家订单和客户消费。

  开关电源一直是电子职业里十分抢手的技能,尽管它并的功能并不能对咱们日常日子的改动带来翻天覆地的改变,而它的开展趋势又是电子产品规划师和商家所重视的问题之一,新的产品必然会带动更多的商家订单和客户消费。依据商场开关电源的现状和开展,总结出五大规划功能重视焦点,下面逐个为咱们解析。

  重视点之一:高频磁与同步整流技能的改造

  在电源体系中咱们会使用很多磁元件,高频磁元件的资料、结构和功能都不同于工频磁元件,有许多问题需求研讨。而咱们在功能上对高频磁元件所用磁性资料有必定的要求,其间损耗小,散热功能好是根本的要求,只要到达这样的规范才干做到产品的优化,磁功能才会优胜。适用于兆赫级频率的磁性资料是用户的一大重视点,纳米结晶软磁资料也已得到开发使用。

  然后在具有了高频化技能之后,进步开关电源的功率是技能的另一难题,这就要求咱们技能规划人员有必要开发和使用软开关技能。而这种软开关技能的研讨已经成为职业的多年来的科研热门,得到越来越多的规划者们的重视。

  咱们看过这样的技能,好像步整流SR技能,即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管,替代萧特基二极管(SBD)。这个规划可下降管压降,然后进步电路功率。这便是咱们在关于低电压、大电流输出的软开关改换器,咱们想方设法下降开关的通态损耗,进一步进步其功率的办法。

  重视点之二:开关电源的功率密度的改善

  进步开关电源的功率密度,使之小型化、轻量化,是规划者的重视之一。电源的小型化、减轻分量对便携式电子设备(如移动电话,数字相机等)尤为重要,规划者们将通过三种计划来做到下降开关电源的功率密度。

  第一种计划是完成高频化。为了完成电源高功率密度,有必要进步PWM改换器的作业频率、然后减小电路中储能元件的体积分量。

  第二种计划是选用新式电容器。减小电力电子设备的体积和分量,有必要设法改善电容器的功能,进步能量密度,并研讨开发适合于电力电子及电源体系用的新式电容器,要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小,做到新式电容器的体积缩小效果。

  第三种计划是使用压电变压器的改善。使用压电变压器可使高频功率改换器完成轻、小、薄和高功率密度。压电变压器使用压电陶瓷资料特有的“电压-振荡”改换和“振荡-电压”改换的性质传送能量,其等效电路好像一个串并联谐振电路,进行使用压电变压器的改善。

  重视点之三:功率半导体器材功能

  早在上世纪末,Infineon公司推出了冷mos管,它选用“超级结”(Super-Junction)结构,又称超结功率MOSFET。作业电压在600V~800V,通态电阻简直下降了一个数量级,仍坚持开关速度快的特色,是一种有开展出路的高频功率半导体电子器材。

  就在这种很有出路的高频功率半导体电子器材IGBT刚出现时,电压、电流额定值只要600V、25A。很长一段时间内,耐压水平限于1200V~1700V,通过长期的探究研讨和改善,现在IGBT的电压、电流额定值已别离到达3300V/1200A和4500V/1800A,高压IGBT单片耐压已到达6500V,一般IGBT的作业频率上限为20kHz~40kHz,根据穿通(PT)型结构使用新技能制作的IGBT,可作业于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关),大大进步了使用功能。

  咱们看到的IGBT技能开展实际上是通态压降,快速开关和高耐压才能三者的折中。跟着工艺和结构方式的不同,IGBT在20年前史开展进程中,别离是穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。

  碳化硅SiC是功率半导体器材晶片的抱负资料,其长处是:禁带宽、作业温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热功能好、漏电流极小、PN结耐压高级,有利于制作出耐高温的高频大功率半导体电子元器材。由此咱们不难看出碳化硅将是21世纪最可能成功使用的新式功率半导体器材资料,它的出现将大大改善咱们原有的产品规划功能。

  重视点之四:散布电源结构

  在提到散布电源结构之前咱们先说一下散布电源体系, 现在散布电源体系有两种结构类型有两级结构和三级结构两种类型。散布电源体系适合于用作超高速集成电路组成的大型作业站(如图画处理站)、大型数字电子沟通体系等的电源,它有着可完成DC/DC改换器组件模块化、简单完成N+1功率冗余、易于扩增负载容量、可下降48V母线上的电流和电压降、简单做到热散布均匀、便于散热规划、瞬态呼应好,可在线替换失效模块等长处。

  重视点之五:PFC改换器

  因为AC/DC改换电路的输入端有整流元件和滤波电容,在正弦电压输入时,单相整流电源供电的电子设备,电网侧(沟通输入端)功率因数仅为0.6~0.65。选用PFC(功率因数校对)改换器,网侧功率因数可进步到0.95~0.99,输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染,又进步了电源的全体功率。这一技能称为有源功率因数校对APFC单相APFC国内外开发较早,技能已较老练;三相APFC的拓扑类型和操控战略尽管已经有很多种,但还有待持续研讨开展。

  一般高功率因数AC/DC开关电源,由两级拓扑组成,关于小功率AC/DC开关电源来说,选用两级拓扑结构整体功率低、本钱高。

  假如对输入端功率因数要求不特别高时,将PFC改换器和后级DC/DC改换器组合成一个拓扑,构成单级高功率因数AC/DC开关电源,只用一个主开关管,可使功率因数校对到0.8以上,并使输出直流电压可调,调整后的直流电压就促进了PFC改换器的使用功能,终究完成整体的功率进步,本钱下降。

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