新型開(kāi)關(guān)電源技術(shù)簡(jiǎn)介

　　開(kāi)關(guān)電源一直是電子行業(yè)里非常熱門(mén)的技術(shù)，雖然它并的性能并不能對我們日常生活的改變帶來(lái)天翻地覆的變化，而它的發(fā)展趨勢又是電子產(chǎn)品設計師和商家所關(guān)注的問(wèn)題之一，新的產(chǎn)品必然會(huì )帶動(dòng)更多的商家訂單和客戶(hù)消費。根據市場(chǎng)開(kāi)關(guān)電源的現狀和發(fā)展，總結出五大設計性能關(guān)注焦點(diǎn)，下面一一為大家解析。

　　關(guān)注點(diǎn)之一：高頻磁與同步整流技術(shù)的革新

　　在電源系統中我們會(huì )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(wèn)題需要研究。而我們在性能上對高頻磁元件所用磁性材料有一定的要求，其中損耗小，散熱性能好是基本的要求，只有達到這樣的標準才能做到產(chǎn)品的優(yōu)化，磁性能才會(huì )優(yōu)越。適用于兆赫級頻率的磁性材料是用戶(hù)的一大關(guān)注點(diǎn)，納米結晶軟磁材料也已得到開(kāi)發(fā)應用。

　　然后在擁有了高頻化技術(shù)之后，提高開(kāi)關(guān)電源的效率是技術(shù)的另一難題，這就要求我們技術(shù)設計人員必須開(kāi)發(fā)和應用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。而這種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究已經(jīng)成為行業(yè)的多年來(lái)的科研熱點(diǎn)，得到越來(lái)越多的設計者們的關(guān)注。

　　我們看過(guò)這樣的技術(shù)，如同步整流SR技術(shù)，即以功率MOS管反接作為整流用開(kāi)關(guān)二極管，代替蕭特基二極管(SBD)。這個(gè)設計可降低管壓降，從而提高電路效率。這就是我們在對于低電壓、大電流輸出的軟開(kāi)關(guān)變換器，我們想方設法降低開(kāi)關(guān)的通態(tài)損耗，進(jìn)一步提高其效率的措施。

　　關(guān)注點(diǎn)之二：開(kāi)關(guān)電源的功率密度的改進(jìn)

　　提高開(kāi)關(guān)電源的功率密度，使之小型化、輕量化，是設計者的關(guān)注之一。電源的小型化、減輕重量對便攜式電子設備(如移動(dòng)電話(huà)，數字相機等)尤為重要，設計者們將通過(guò)三種方案來(lái)做到降低開(kāi)關(guān)電源的功率密度。

　　第一種方案是實(shí)現高頻化。為了實(shí)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。

　　第二種方案是采用新型電容器。減小電力電子設備的體積和重量，必須設法改進(jìn)電容器的性能，提高能量密度，并研究開(kāi)發(fā)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(lián)電阻ESR小、體積小，做到新型電容器的體積縮小作用。

　　第三種方案是應用壓電變壓器的改進(jìn)。應用壓電變壓器可使高頻功率變換器實(shí)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(dòng)”變換和“振動(dòng)-電壓”變換的性質(zhì)傳送能量，其等效電路如同一個(gè)串并聯(lián)諧振電路，進(jìn)行應用壓電變壓器的改進(jìn)。

　　關(guān)注點(diǎn)之三：功率半導體器件性能

　　早在上世紀末，Infineon公司推出了冷mos管，它采用“超級結”(Super-Junction)結構，又稱(chēng)超結功率MOSFET。工作電壓在600V～800V，通態(tài)電阻幾乎降低了一個(gè)數量級，仍保持開(kāi)關(guān)速度快的特點(diǎn)，是一種有發(fā)展前途的高頻功率半導體電子器件。

　　就在這種很有前途的高頻功率半導體電子器件IGBT剛出現時(shí)，電壓、電流額定值只有600V、25A。很長(cháng)一段時(shí)間內，耐壓水平限于1200V～1700V，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的探索研究和改進(jìn)，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(shù)制造的IGBT，可工作于150kHz(硬開(kāi)關(guān))和300kHz(軟開(kāi)關(guān))，大大提高了應用性能。

　　我們看到的IGBT技術(shù)進(jìn)展實(shí)際上是通態(tài)壓降，快速開(kāi)關(guān)和高耐壓能力三者的折中。隨著(zhù)工藝和結構形式的不同，IGBT在20年歷史發(fā)展進(jìn)程中，分別是穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、軟穿通(SPT)型、溝漕型和電場(chǎng)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(yōu)點(diǎn)是：禁帶寬、工作溫度高(可達600℃)、熱穩定性好、通態(tài)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。由此我們不難看出碳化硅將是21世紀最可能成功應用的新型功率半導體器件材料，它的出現將大大改進(jìn)我們原有的產(chǎn)品設計性能。　　關(guān)注點(diǎn)之四：分布電源結構

　　在說(shuō)到分布電源結構之前我們先說(shuō)一下分布電源系統，　現在分布電源系統有兩種結構類(lèi)型有兩級結構和三級結構兩種類(lèi)型。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，它有著(zhù)可實(shí)現DC/DC變換器組件模塊化、容易實(shí)現N+1功率冗余、易于擴增負載容量、可降低48V母線(xiàn)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(tài)響應好，可在線(xiàn)更換失效模塊等優(yōu)點(diǎn)。

　　關(guān)注點(diǎn)之五：PFC變換器

　　由于A(yíng)C/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備，電網(wǎng)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(wǎng)側功率因數可提高到0.95～0.99，輸入電流THD小于10%。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)為有源功率因數校正APFC單