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    陜西開關電源廠家告訴你開關電源發展有哪些關注點?

    2022-05-07 15:48:54

      陜西開關電源廠家對開關電源技術的發展做了一個焦點調查,得到以下十個熱點關注。

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      關注點1:功率半導體器件的性能

      1998年,英飛凌公司推出了冷mos管,采用“超結”結構,所以又叫超結功率MOSFET。當電壓在600 V  ~ 800 V時,通態電阻幾乎降低了一個數量級,開關速度仍然很高。它是一種很有前途的高頻功率半導體電子器件。

      IGBT剛出現時,它的額定電壓和電流只有600伏和25安。在很長一段時間內,耐壓水平被限制在1200V  ~ 1700V,經過長時間的探索和改進,IGBT的電壓和電流額定值分別達到了3300V/1200 A和4500V/1800 A,高壓IGBT的單片耐壓達到了6500V,一般IGBT的工作頻率上限為20 kHz  ~ 40 kHz?;赑T型結構,產生了新的應用。

      IGBT的技術進步實際上是通態壓降、快速開關和高耐壓之間的妥協。根據技術和結構的不同,IGBT在其20年的歷史中有以下類型:穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、軟穿通(SPT)型、槽溝型和電場截止(FS)型。

      SiC是功率半導體器件芯片的理想材料,其優點是:帶寬寬、工作溫度高(可達600)、熱穩定性好、通態電阻低、熱導率好、漏電流極低、PN結耐壓高等。有利于制造耐高溫的高頻大功率半導體電子元器件。

      http://www.52solution.com/指出,碳化硅將是21世紀最有可能成功應用的新型功率半導體器件材料。

      關注點2:開關電源的功率密度

      提高開關電源的功率密度,使其小型化、輕量化,是人們不斷努力的目標。高頻電源是國際電力電子領域的熱點之一。電源的小型化和輕量化對于便攜式電子設備(如手機、數碼相機等)尤為重要。).使開關電源小型化的具體措施包括:

      一個是高頻。為了實現電源的高功率密度,必須提高PWM變換器的工作頻率,從而減小電路中儲能元件的體積和重量。二是壓電變壓器的應用。壓電變壓器的應用可以使高頻功率變換器輕、小、薄、高功率密度。壓電變壓器利用壓電陶瓷材料獨特的“電壓-振動”變換和“振動-電壓”變換等特性來傳遞能量,其等效電路就像一個串并聯諧振電路,是功率轉換領域的研究熱點之一。

      第三,使用新型電容器。為了減小電力電子設備的體積和重量,必須努力提高電容器的性能和能量密度,研究和開發適用于電力電子和電源系統的新型電容器,要求電容大、等效串聯電阻ESR小、體積小。

      焦點三:高頻磁和同步整流技術。

      電源系統中使用了大量的磁性元件。高頻磁性元件的材料、結構和性能與工頻磁性元件不同,有許多問題需要研究。用于高頻磁性元件的磁性材料有以下要求:損耗低,散熱性能好,磁性能優越。人們關注適用于兆赫頻率的磁性材料,納米晶軟磁材料也得到開發和應用。

      高頻化后,為了提高開關電源的效率,必須發展和應用軟開關技術。這是近幾十年來國際電力行業的研究熱點。

      對于低電壓大電流輸出的軟開關變換器,進一步提高其效率的措施是盡量降低開關的導通損耗。比如同步整流SR技術,即使用反向連接的功率MOS晶體管作為整流的開關二極管,而不是肖特基二極管(SBD),可以降低晶體管的壓降,提高電路效率。

      焦點4:分布式電源結構

      分布式電源系統適合用作大型工作站(如圖像處理站)和由超高速集成電路組成的大型數字電子交換系統的電源。其優點是:DC/DC變換器組件模塊化;易于實現N  1功率冗余,擴展負載能力;可以降低48V總線上的電流和電壓降;易于實現均勻的熱量分布和方便的散熱設計;良好的瞬態響應;故障模塊的在線替換等。

      目前,分布式電源系統有兩種類型,一種是兩級結構,另一種是三級結構。

      焦點5: PFC轉換器

      由于交流/DC變換電路的輸入有整流元件和濾波電容,當輸入正弦電壓時,電網側(交流輸入)單相整流電源供電的電子設備的功率因數僅為0.6 ~ 0.65。采用PFC(功率因數校正)變換器,網側功率因數可提高到0.95 ~ 0.99,輸入電流THD小于10%。既控制了電網的諧波污染,又提高了電源的整體效率。這項技術被稱為主動功率因數校正APFC。單相APFC在國內外發展較早,技術成熟。雖然三相APFC的拓撲類型和控制策略多種多樣,但仍需進一步研究和發展。一般高功率因數交流/DC開關電源由兩級拓撲組成。對于小功率交流/DC開關電源,采用兩級拓撲整體效率低,成本高。

      如果輸入功率因數不是特別高,PFC變換器和后續的DC/DC變換器組合成一個拓撲結構,形成高功率因數的單級AC/DC開關電源。只有一個主開關管可用于將功率因數校正到0.8以上,并調節輸出DC電壓。這種拓撲稱為單管單級S4PFC變換器。

      關注點6:電壓調節器模塊的VRM

      穩壓模塊是一種低電壓大電流輸出的DC-DC轉換模塊,為微處理器提供電源。

      現在數據處理系統的速度和效率日益提高。為了降低微處理器ic的電場強度和功耗,必須降低邏輯電壓。新一代微處理器的邏輯電壓降低到了1V,而電流卻高達50A~100A。所以對VRM的要求是:低輸出電壓、高輸出電流、高電流變化率、快速響應等。

      焦點7:全數字控制

      電源的控制由模擬控制、模數混合控制向全數字控制轉變。全數字控制是一種新的發展趨勢,已經在許多功率變換裝置中得到應用。

      但在過去,數字控制很少用于DC/DC轉換器。近兩年開發了高性能的電源全數字控制芯片,成本降到了合理的水平。歐美很多公司都開發制造了開關變換器的數字控制芯片和軟件。

      全數字控制的優點是:與混合模數信號相比,數字信號可以校準的數量更少,芯片價格也更低;電流檢測的誤差可以精確數字校正,電壓檢測更精確??梢詫崿F快速靈活的控制設計。

      第8點:電磁兼容性

      高頻開關電源的電磁兼容問題有其特殊性。半導體開關管在開關過程中產生的Di/dt和dv  /dt引起強烈的傳導電磁干擾和諧波干擾。在某些情況下,會引起強電磁場(通常是近場)輻射。不僅嚴重污染了周圍的電磁環境,還會對附近的電氣設備造成電磁干擾,并可能危及附近操作人員的安全。同時,電力電子電路內部的控制電路(如開關變換器)也必須能夠承受開關動作產生的EMI和應用現場電磁噪聲的干擾。上述特殊性,加上EMI測量的具體困難,導致電力電子電磁兼容領域有許多前沿課題有待研究。國內外許多大學開展了電力電子電路的電磁干擾和電磁兼容研究,取得了許多可喜的成果。近年來的研究結果表明,開關變換器中的電磁噪聲源主要來自于主開關器件開關動作引起的電壓和電流的變化。變化越快,電磁噪聲越大。焦點9:設計和測試技術

      建模、仿真和CAD是新的設計工具。為了對供電系統進行仿真,首先要建立仿真模型,包括電力電子器件、變換器電路、數字和模擬控制電路、磁性元件和磁場分布模型等。此外,還考慮了開關管的熱模型、可行性模型和電磁兼容模型。各種模型差別很大,建模的發展方向是:數?;旌辖?、混合分層建模以及將各種模型組合成統一的多級模型。

      電源系統的CAD,包括主電路和控制電路設計、器件選擇、參數優化、磁設計、熱設計、EMI設計和印刷電路板設計、可靠性估計、計算機輔助綜合和優化設計等。利用基于仿真的專家系統對電源系統進行CAD,可以使所設計的系統具有最佳的性能,降低設計和制造成本,并進行可制造性分析,是21世紀仿真和CAD技術的發展方向之一。此外,還應大力發展電源系統的熱試驗、EMI試驗和可靠性試驗的開發、研究和應用。

      焦點10:系統集成技術

      該電源的制造特點是:非標準件多、勞動強度大、設計周期長、成本高、可靠性低等。然而,用戶要求制造商生產的電源產品更實用、更可靠、更輕便、成本更低。這些條件給電源廠商帶來了很大的壓力,迫切需要進行集成電源模塊的研發,從而實現電源產品的標準化、模塊化、可制造性、規?;a和降低成本。實際上,在功率集成技術的發展過程中,經歷了功率半導體器件模塊化、功率和控制電路集成、無源元件集成(包括磁集成技術)等發展階段。近年來的發展方向是將小功率電源系統集成在一個芯片上,可以使電源產品更加緊湊,尺寸更小,減少引線長度,從而降低寄生參數。在此基礎上可以實現集成,將所有元件和控制保護集成在一個模塊中。

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