鉅大LARGE | 點擊量：750次 | 2020年06月01日
五大關注點促進開關電源技術發展
關注點一：開關電源功率密度
提高開關電源的功率密度，使之小型化、輕量化，是人們不斷努力追求的目標。電源的高頻化是國際電力電子界研究的熱點之一。電源的小型化、減輕重量對便攜式電子設備(如移動電話，數字相機等)尤為重要。使開關電源小型化的具體辦法有：
一是高頻化。為了實現電源高功率密度，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重量。
二是應用壓電變壓器。應用壓電變壓器可使高頻功率變換器實現輕、小、薄和高功率密度。壓電變壓器利用壓電陶瓷材料特有的“電壓-振動”變換和“振動-電壓”變換的性質傳送能量，其等效電路如同一個串并聯諧振電路，是功率變換領域的研究熱點之一。
三是采用新型電容器。為了減小電力電子設備的體積和重量，必須設法改進電容器的性能，提高能量密度，并研究開發適合于電力電子及電源系統用的新型電容器，要求電容量大、等效串聯電阻ESR小、體積小等。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
關注點二：功率半導體器件性能
1998年，Infineon公司推出冷mos管，它采用“超級結”(Super-Junction)結構，故又稱超結功率MOSFET。工作電壓600V～800V，通態電阻幾乎降低了一個數量級，仍保持開關速度快的特點，是一種有發展前途的高頻功率半導體電子器件。
IGBT剛出現時，電壓、電流額定值只有600V、25A。很長一段時間內，耐壓水平限于1200V～1700V，經過長時間的探索研究和改進，現在IGBT的電壓、電流額定值已分別達到3300V/1200A和4500V/1800A，高壓IGBT單片耐壓已達到6500V，一般IGBT的工作頻率上限為20kHz～40kHz，基于穿通(PT)型結構應用新技術制造的IGBT，可工作于150kHz(硬開關)和300kHz(軟開關)。
IGBT的技術進展實際上是通態壓降，快速開關和高耐壓能力三者的折中。隨著工藝和結構形式的不同，IGBT在20年歷史發展進程中，有以下幾種類型：穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、軟穿通(SPT)型、溝漕型和電場截止(FS)型。
碳化硅Sic是功率半導體器件晶片的理想材料，其優點是：禁帶寬、工作溫度高(可達600℃)、熱穩定性好、通態電阻小、導熱性能好、漏電流極小、PN結耐壓高等，有利于制造出耐高溫的高頻大功率半導體電子元器件。
可以預見，碳化硅將是21世紀最可能成功應用的新型功率半導體器件材料。
關注點三：高頻磁與同步整流技術
電源系統中應用大量磁元件，高頻磁元件的材料、結構和性能都不同于工頻磁元件，有許多問題需要研究。對高頻磁元件所用磁性材料有如下要求：損耗小，散熱性能好，磁性能優越。適用于兆赫級頻率的磁性材料為人們所關注，納米結晶軟磁材料也已開發應用。
高頻化以后，為了提高開關電源的效率，必須開發和應用軟開關技術。它是過去幾十年國際電源界的一個研究熱點。
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設法降低開關的通態損耗。例如同步整流SR技術，即以功率MOS管反接作為整流用開關二極管，代替蕭特基二極管(SBD)，可降低管壓降，從而提高電路效率。
關注點四：分布電源結構
分布電源系統適合于用作超高速集成電路組成的大型工作站(如圖像處理站)、大型數字電子交換系統等的電源，其優點是：可實現DC/DC變換器組件模塊化;容易實現N+1功率冗余，易于擴增負載容量;可降低48V母線上的電流和電壓降;容易做到熱分布均勻、便于散熱設計;瞬態響應好;可在線更換失效模塊等。
現在分布電源系統有兩種結構類型，一是兩級結構，另一種是三級結構。
關注點五：全數字化控制
電源的控制已經由模擬控制，模數混合控制，進入到全數字控制階段。全數字控制是一個新的發展趨勢，已經在許多功率變換設備中得到應用。
但是過去數字控制在DC/DC變換器中用得較少。近兩年來，電源的高性能全數字控制芯片已經開發，費用也已降到比較合理的水平，歐美已有多家公司開發并制造出開關變換器的數字控制芯片及軟件。
全數字控制的優點是：數字信號與混合模數信號相比可以標定更小的量，芯片價格也更低廉;對電流檢測誤差可以進行精確的數字校正，電壓檢測也更精確;可以實現快速，靈活的控制設計。
上一篇：如何給開關電源變壓器降溫
