開關電源的發展趨勢:電源模塊化
發布時間:2012-12-07 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】電源模塊化是開關電源的發展趨勢,其可以提高電源係統的工作可靠性、可用性、使shi用yong方fang便bian性xing,縮suo短duan電dian源yuan的de維wei修xiu和he維wei護hu時shi間jian,得de到dao了le越yue來lai越yue廣guang泛fan的de應ying用yong。模mo塊kuai電dian源yuan是shi可ke以yi直zhi接jie安an裝zhuang在zai印yin刷shua電dian路lu板ban上shang使shi用yong的de電dian源yuan模mo塊kuai,它ta可ke以yi用yong於yu數shu字zi或huo模mo擬ni負fu載zai的de供gong電dian應ying用yong場chang合he。
而與模塊電源相關的技術包括集成電路的製造、封裝,高頻功率變換、數字化控製、全諧振高頻軟開關、同步整流、智能化控製、電磁兼容、功率因數校正、電源保護控製、並聯均流控製、脈寬調製等技術。
suizhebandaotigongyihefengzhuangjishudegaijin,gaopinruankaiguanjishudedaliangyingyong,mokuaidianyuandegonglvmiduyuezuoyuegao,mokuaidianyuandegonglvbianhuanxiaolvyeyuelaiyuegao,tijiyuelaiyuexiao,chuxianlexinpianjidemokuaidianyuan。
世界電源市場的分布
按品牌劃分
據2007年在美國舉辦的APEC(應用功率電子會議)會議給出的有關數據指出,全球電源市場按品牌劃分
①有6家台灣企業,2家日本企業(含TDK-Lambda),2家美國企業,1家歐洲企業名列前位;
②第15大電源企業的年收入約為200M$;
③目前中國大陸還沒有年收入大於50M$的電源企業。
按功率半導體器件市場分布劃分
全球功率半導體器件市場分布
①有4家美國廠商名列前位;
②20強企業中沒有台灣企業和中國大陸企業參與;
③從全球的角度而言台灣企業(如Lite-On,Panjit,TaiwanSemi,DCComponents)的規模還是偏小;
④目前中國大陸企業的規模還是偏小。
模塊開關電源設計中的挑戰
1 提高開關電源的工作效率
①降低功率開關管的開關損耗;
②最大限度地降低磁性元器件的功率損耗(例如,開關變壓器的磁芯損耗、近場效應損耗、線圈損耗和渦流損耗等)。
2 提高模塊開關電源係統的工作可靠性
3 降低模塊開關電源係統的造價
4 更高的功率密度
提(ti)高(gao)模(mo)塊(kuai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)產(chan)品(pin)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du),可(ke)以(yi)從(cong)以(yi)下(xia)三(san)個(ge)方(fang)麵(mian)入(ru)手(shou)。一(yi)是(shi)采(cai)用(yong)先(xian)進(jin)的(de)電(dian)路(lu)拓(tuo)撲(pu)和(he)功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)技(ji)術(shu),提(ti)高(gao)模(mo)塊(kuai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)產(chan)品(pin)的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv),降(jiang)低(di)模(mo)塊(kuai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)產(chan)品(pin)的(de)損(sun)耗(hao);二是減小模塊開關電源產品的各部件體積並采用緊湊型工藝結構;三是改進模塊開關電源產品的熱設計,使在高功率密度條件下模塊開關電源產品能很好的散熱。
5 更快的控製環路響應等
模塊開關電源的優點和主要技術指標
模塊開關電源主要有以下優點
①使用靈活、簡單和方便;
②縮短了電源的開發周期;
③模塊開關電源由於采用全自動化生產和高科技生產技術,因此模塊開關電源的品質穩定、工作可靠;
④模塊開關電源的應用範圍廣,可廣泛應用於電信、自動控製、儀器儀表、發電配電、家用電器、冶金礦山、機車、艦船、軍工兵器、航空航天和科學實驗等領域,尤其在高可靠和高技術領域模塊開關電源發揮著的重要作用。
模塊開關電源的常用技術指標
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模塊開關電源常用技術指標有最大輸出功率、輸出電壓精度、源電壓效應、負載效應、溫度係數、輸出紋波與噪聲、輸入反射紋波電流、輸入共模噪聲電流、輸出電壓調節範圍、保護特性及工作效率等。
當今模塊開關電源設計麵臨的挑戰
1 功率密度和模塊開關電源的散熱
2 低電壓、大電流輸出
3 更為複雜的電源管理需求
①電源的排序/跟蹤;
②輸出電壓範圍;
③電源的監控;
④電源係統的故障監測、響應和保護等。
導致模塊開關電源工作效率低的主要因素
模塊開關電源的損耗
大功率模塊開關電源的損耗主要有高頻開關損耗、高頻變壓器損耗、整流損耗和線路傳導損耗4bufen。erzaididianyadadianliushuchudeyingyongchanghe,zhengliusunhaohexianluchuandaosunhaozhanyoujiaodadebizhong,shuchudianyayuedi,shuchudianliuyueda,zezhengliusunhaohexianluchuandaosunhaozhanmokuaikaiguandianyuanzongsunhaodebizhongyueda。
整流二極管的損耗與同步整流
在zai傳chuan統tong的de整zheng流liu中zhong采cai用yong二er極ji管guan整zheng流liu,而er在zai低di電dian壓ya輸shu出chu條tiao件jian下xia一yi般ban采cai用yong肖xiao特te基ji二er極ji管guan整zheng流liu,肖xiao特te基ji二er極ji管guan和he其qi他ta整zheng流liu二er極ji管guan相xiang比bi具ju有you開kai關guan速su度du快kuai,正zheng向xiang電dian壓ya降jiang低di的de優you點dian,但dan是shi肖xiao特te基ji二er極ji管guan的de正zheng向xiang電dian壓ya降jiang和he整zheng流liu輸shu出chu電dian流liu的de大da小xiao有you關guan,整zheng流liu輸shu出chu電dian流liu越yue大da則ze正zheng向xiang電dian壓ya降jiang越yue大da,有you可ke能neng高gao達da0.5~0.6V或更大,並且肖特基二極管的反向漏電流較大。
而同步整流技術利用導通電阻小,低耐電壓的場效應管(MOSFET)來代替普通整流二極管。由於同步整流MOSFET具有導通電阻低(一般隻有幾mΩ)、阻斷時漏電流小、開kai關guan工gong作zuo頻pin率lv高gao的de特te點dian,可ke以yi極ji大da的de減jian小xiao電dian源yuan整zheng流liu部bu分fen的de功gong耗hao,使shi電dian源yuan係xi統tong的de工gong作zuo效xiao率lv明ming顯xian得de到dao提ti高gao,但dan是shi在zai具ju體ti應ying用yong中zhong同tong步bu整zheng流liu的de實shi現xian要yao比bi二er極ji管guan整zheng流liu要yao複fu雜za些xie。在zai開kai關guan電dian源yuan的de低di電dian壓ya大da電dian流liu輸shu出chu應ying用yong場chang合he,同tong步bu整zheng流liu技ji術shu有you著zhe很hen好hao的de應ying用yong前qian景jing。
磁性元器件的損耗
變壓器損耗也是模塊開關電源損耗的重要部分,變壓器損耗主要有鐵損和銅損。鐵損是指由由變壓器的材料、形狀、工藝結構等有關因素而引起的高頻損耗,銅損是指由變壓器繞組線路而引起的傳導損耗,為了減小變壓器的鐵損,應選擇高頻特性好、高頻損耗小、磁芯結構形狀合理、結構緊湊的磁芯材料。
同時為了減小模塊開關電源的體積,應盡力提高模塊開關電源的開關工作頻率,如要提高到500kHz左(zuo)右(you)或(huo)更(geng)高(gao),普(pu)通(tong)磁(ci)芯(xin)材(cai)料(liao)的(de)損(sun)耗(hao)很(hen)大(da),磁(ci)芯(xin)很(hen)容(rong)易(yi)過(guo)熱(re)而(er)磁(ci)飽(bao)和(he),以(yi)至(zhi)無(wu)法(fa)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo),所(suo)以(yi)在(zai)模(mo)塊(kuai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)必(bi)須(xu)選(xuan)用(yong)磁(ci)特(te)性(xing)優(you)良(liang)的(de)高(gao)頻(pin)磁(ci)芯(xin)材(cai)料(liao)。
cixingyuanqijiandechicundaxiaohekaiguangongzuopinlvyoumiqieguanxi,zaicixingyuanqijianyunxudegongzuopinlvfanweinei,cixingyuanqijiandechicunhekaiguangongzuopinlvchengfanbi,yaoxiangjianxiaomokuaikaiguandianyuangaopinkaiguanbianyaqihediangandengcixingyuanqijiandetiji,xutigaokaiguangongzuopinlv。
同tong時shi,模mo塊kuai開kai關guan電dian源yuan中zhong高gao頻pin開kai關guan變bian壓ya器qi繞rao組zu的de設she計ji也ye很hen重zhong要yao,高gao頻pin開kai關guan變bian壓ya器qi的de繞rao組zu不bu僅jin對dui銅tong損sun有you影ying響xiang,而er且qie關guan係xi到dao高gao頻pin開kai關guan變bian壓ya器qi繞rao組zu間jian的de耦ou合he,對dui高gao頻pin開kai關guan變bian壓ya器qi的de鐵tie損sun也ye有you影ying響xiang,高gao頻pin開kai關guan變bian壓ya器qi的de設she計ji和he製zhi作zuo對dui模mo塊kuai開kai關guan電dian源yuan的de工gong作zuo性xing能neng有you很hen大da的de影ying響xiang。
模塊開關電源的發展趨勢
模塊開關電源的以下幾個發展動向值得注意。
功率密度越來越高,低電壓(例如,輸出電壓低於3.3V或更低)、大電流輸出。同時模塊開關電源的瞬時負載動態響應特性要快;
使用的高可靠性,工作安全性要求越來越高;
工作效率越來越高(例如美國能源之星的有關要求)。
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