高頻化數(shù)字化成未來(lái)開(kāi)關(guān)電源發(fā)展方向
開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓及電流的一種電源。根據(jù)國(guó)際知名調(diào)查機(jī)構(gòu)DATABEANS統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從2004年至2010年每年全球開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)銷(xiāo)售額平均保持了15%左右的幅度增長(zhǎng)，到2010年約為120億美元的銷(xiāo)售額。
我國(guó)開(kāi)關(guān)電源行業(yè)起步于1970年代末期，目前已成為開(kāi)關(guān)電源最主要的生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。根據(jù)《UPS應(yīng)用》雜志的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2003年以來(lái)，中國(guó)電源市場(chǎng)始終總體保持穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)。2008年中國(guó)電源產(chǎn)品產(chǎn)量3163萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)5.7%，銷(xiāo)售額為165.67億元，同比增長(zhǎng)6.2%。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前開(kāi)關(guān)電源也進(jìn)入到一個(gè)全新的發(fā)展階段。高頻化數(shù)字化軟開(kāi)關(guān)等技術(shù)也將會(huì)成為未來(lái)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)。
1、高頻化技術(shù)
隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高，開(kāi)關(guān)變換器的體積也隨之減少，功率密度也得到大幅提升，動(dòng)態(tài)響應(yīng)得到改善。小功率DC/DC變換器的開(kāi)關(guān)頻率將上升到MHz。但隨著開(kāi)關(guān)頻率的不斷提高，開(kāi)關(guān)元件和無(wú)源元件損耗的增加、高頻寄生參數(shù)以及高頻EMI等新的問(wèn)題也將隨之產(chǎn)生。
2、數(shù)字化技術(shù)
在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中，控制部分是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作。目前，在整個(gè)的電子模擬電路系統(tǒng)中，電視、音響設(shè)備、照片處理、通訊、網(wǎng)絡(luò)等都逐步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，而最后一個(gè)沒(méi)有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域。近年來(lái)，數(shù)字電源的研究勢(shì)頭不減，成果也越來(lái)越多。在電源數(shù)字化方面走在前面的公司主要有TI和Microchip。
3、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)
為提高變換器的變換效率，各種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用而生，具有代表性的是無(wú)源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，主要包括零電壓開(kāi)關(guān)/零電流開(kāi)關(guān)(ZVS/ZCS)諧振、準(zhǔn)諧振、零電壓/零電流脈寬調(diào)制技術(shù)(ZVS/ZCS-PWM)以及零電壓過(guò)渡/零電流過(guò)渡脈寬調(diào)制(ZVT/ZCT-PWM)技術(shù)等。采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以有效地降低開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)應(yīng)力，有助于變換器變換效率的提高。
4、功率因數(shù)校正技術(shù)(PFC)
由于AC/DC變換電路的輸入端有整流元件和濾波電容，在正弦電壓輸入時(shí),單相整流電源供電的電子設(shè)備，電網(wǎng)側(cè)(交流輸入端)功率因數(shù)僅為0.6～0.65。采用PFC(功率因數(shù)校正)變換器，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可提高到0.95～0.99，輸入電流THD小于20%。既治理了電網(wǎng)的諧波污染，又提高了電源的整體效率。這一技術(shù)稱(chēng)為有源功率因數(shù)校正APFC單相，APFC國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)較早，技術(shù)已較成熟。目前PFC技術(shù)主要分為有源PFC技術(shù)和無(wú)源PFC技術(shù)兩大類(lèi)，采用PFC技術(shù)可以提高AC/DC變化器輸入端功率因數(shù)，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，但還有待繼續(xù)研究發(fā)展。
5、模塊化技術(shù)
模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。近年來(lái)，有些公司把開(kāi)關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去，構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM)，不但縮小了整機(jī)的體積，更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)際上，由于頻率的不斷提高，致使引線(xiàn)寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重，對(duì)器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過(guò)電壓、過(guò)電流、毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，有些制造商開(kāi)發(fā)了“用戶(hù)專(zhuān)用”功率模塊(ASPM)，它把一臺(tái)整機(jī)的所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中，這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì)，達(dá)到優(yōu)化完美的境地。由此可見(jiàn)，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機(jī)體積，更重要的是取消傳統(tǒng)連線(xiàn)，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。
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