開關電源未來將趨於高頻化數字化
發布時間:2012-03-30
機遇與挑戰:
- 高頻化﹑數字化將會成為開關電源未來發展趨勢
市場數據:
- 從2004年至2010年全球開關電源銷售年增長率15%
- 2008年中國電源產品產量3163萬台,銷售額165.67億元
開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)是(shi)利(li)用(yong)現(xian)代(dai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu),控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)晶(jing)體(ti)管(guan)開(kai)通(tong)和(he)關(guan)斷(duan)的(de)時(shi)間(jian)比(bi)率(lv),維(wei)持(chi)穩(wen)定(ding)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)及(ji)電(dian)流(liu)的(de)一(yi)種(zhong)電(dian)源(yuan)。根(gen)據(ju)國(guo)際(ji)知(zhi)名(ming)調(tiao)查(zha)機(ji)構(gou)DATABEANS統計數據,從2004年至2010年每年全球開關電源市場銷售額平均保持了15%左右的幅度增長,到2010年約為120億美元的銷售額。
我國開關電源行業起步於1970 年代末期,目前已成為開關電源最主要的生產國和消費國。根據《UPS應用》雜誌的相關統計數據,2003年以來,中國電源市場始終總體保持穩定發展態勢。2008年中國電源產品產量3163萬台,同比增長5.7%,銷售額為165.67億元,同比增長6.2%。隨著科學技術的不斷進步,目前開關電源也進入到一個全新的發展階段。高頻化﹑數字化﹑軟開關等技術也將會成為未來開關電源的發展趨勢。
1、高頻化技術
隨著開關頻率的提高,開關變換器的體積也隨之減少,功率密度也得到大幅提升,動態響應得到改善。小功率DC/DC變換器的開關頻率將上升到MHz。但隨著開關頻率的不斷提高,開關元件和無源元件損耗的增加、高頻寄生參數以及高頻EMI等新的問題也將隨之產生。
2、數字化技術
在傳統功率電子技術中,控製部分是按模擬信號來設計和工作。目前,在整個的電子模擬電路係統中,電視、音響設備、照片處理、通訊、網wang絡luo等deng都dou逐zhu步bu實shi現xian了le數shu字zi化hua,而er最zui後hou一yi個ge沒mei有you數shu字zi化hua的de堡bao壘lei就jiu是shi電dian源yuan領ling域yu。近jin年nian來lai,數shu字zi電dian源yuan的de研yan究jiu勢shi頭tou不bu減jian,成cheng果guo也ye越yue來lai越yue多duo。在zai電dian源yuan數shu字zi化hua方fang麵mian走zou在zai前qian麵mian的de公gong司si主zhu要yao有youTI和Microchip。
3、軟開關技術
為提高變換器的變換效率,各種軟開關技術應用而生,具有代表性的是無源軟開關技術和有源軟開關技術,主要包括零電壓開關/零電流開關(ZVS/ZCS)諧振、準諧振、零電壓/零電流脈寬調製技術(ZVS/ZCS-PWM)以及零電壓過渡/零電流過渡脈寬調製(ZVT/ZCT-PWM)技術等。采用軟開關技術可以有效地降低開關損耗和開關應力,有助於變換器變換效率的提高。
4、功率因數校正技術(PFC)
由於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,單相整流電源供電的電子設備,電網側(交流輸入端)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小於20%。既治理了電網的諧波汙染,又提高了電源的整體效率。這一技術稱為有源功率因數校正APFC單相,APFC國內外開發較早,技術已較成熟。目前PFC技術主要分為有源PFC技術和無源PFC技術兩大類,采用PFC技術可以提高AC/DC變化器輸入端功率因數,減少對電網的諧波汙染,但還有待繼續研究發展。
5、模塊化技術
模(mo)塊(kuai)化(hua)有(you)兩(liang)方(fang)麵(mian)的(de)含(han)義(yi),其(qi)一(yi)是(shi)指(zhi)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)模(mo)塊(kuai)化(hua),其(qi)二(er)是(shi)指(zhi)電(dian)源(yuan)單(dan)元(yuan)的(de)模(mo)塊(kuai)化(hua)。近(jin)年(nian)來(lai),有(you)些(xie)公(gong)司(si)把(ba)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)驅(qu)動(dong)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)也(ye)裝(zhuang)到(dao)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)中(zhong)去(qu),構(gou)成(cheng)了(le)“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計製造。實際上,由於頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流、毛刺)。為了提高係統的可靠性,有些製造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一台整機的所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,這樣的模塊經過嚴格合理的熱、電、jixiefangmiandesheji,dadaoyouhuawanmeidejingdi。youcikejian,mokuaihuademudebujinzaiyushiyongfangbian,suoxiaozhengjitiji,gengzhongyaodeshiquxiaochuantonglianxian,bajishengcanshujiangdaozuixiao,congerbaqijianchengshoudedianyinglijiangzhizuidi,tigaoxitongdekekaoxing。
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