我國開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展十大關(guān)注焦點
時間：2013-12-16來源：湖南新天力
開關(guān)電源一直是電子行業(yè)里非常熱門的技術(shù)，而它的發(fā)展趨勢又是大家必須時刻關(guān)注的問題，不然一不留神就會跟不上技術(shù)發(fā)展的步伐。以下是對開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展關(guān)注焦點的調(diào)查得出的十個熱門關(guān)注點。
關(guān)注點一：功率半導(dǎo)體器件性能
1998年，Infineon公司推出冷mos管，它采用“超級結(jié)”(Super-Junction)結(jié)構(gòu)，故又稱超結(jié)功率MOSFET。工作電壓600V～800V，通態(tài)電阻幾乎降低了一個數(shù)量級，仍保持開關(guān)速度快的特點，是一種有發(fā)展前途的高頻功率半導(dǎo)體電子器件。 碳化硅SiC是功率半導(dǎo)體器件晶片的理想材料，其優(yōu)點是：禁帶寬、工作溫度高(可達(dá)600℃)、熱穩(wěn)定性好、通態(tài)電阻小、導(dǎo)熱性能好、漏電流極小、PN結(jié)耐壓高等，有利于制造出耐高溫的高頻大功率半導(dǎo)體電子元器件。
可以預(yù)見，碳化硅將是21世紀(jì)最可能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料。
關(guān)注點二：開關(guān)電源功率密度
提高開關(guān)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(biāo)。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(shè)備(如移動電話，數(shù)字相機等)尤為重要。使開關(guān)電源小型化的具體辦法有：
一是高頻化。二是應(yīng)用壓電變壓器。三是采用新型電容器。
關(guān)注點三：高頻磁與同步整流技術(shù)
電源系統(tǒng)中應(yīng)用大量磁性元件，高頻磁性元件的材料、結(jié)構(gòu)和性能都不同于工頻磁性元件，有許多問題需要研究。對高頻磁性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(yōu)越。適用于兆赫級頻率的磁性材料為人們所關(guān)注，納米結(jié)晶軟磁材料也已開發(fā)應(yīng)用。
關(guān)注點四：分布電源結(jié)構(gòu)
分布電源系統(tǒng)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(shù)字電子交換系統(tǒng)等的電源，其優(yōu)點是：可實現(xiàn)DC/DC變換器組件模塊化；容易實現(xiàn)N+1功率冗余，易于擴(kuò)增負(fù)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(shè)計；瞬態(tài)響應(yīng)好；可在線更換失效模塊等。 現(xiàn)在分布電源系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)類型，一是兩級結(jié)構(gòu)，另一種是三級結(jié)構(gòu)。
關(guān)注點五：PFC變換器
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，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)稱為有源功率因數(shù)校正APFC單相APFC國內(nèi)外開發(fā)較早，技術(shù)已較成熟；三相APFC的拓?fù)漕愋秃涂刂撇呗噪m然已經(jīng)有很多種，但還有待繼續(xù)研究發(fā)展。
關(guān)注點六：電壓調(diào)節(jié)器模塊VRM
電壓調(diào)節(jié)器模塊是一類低電壓、大電流輸出DC-DC變換器模塊，向微處理器提供電源。
現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的速度和效率日益提高，為降低微處理器IC的電場強度和功耗，必須降低邏輯電壓，新一代微處理器的邏輯電壓已降低至1V，而電流則高達(dá)50A～100A，所以對VRM的要求是：輸出電壓很低、輸出電流大、電流變化率高、快速響應(yīng)等。
關(guān)注點七：全數(shù)字化控制
電源的控制已經(jīng)由模擬控制，模數(shù)混合控制，進(jìn)入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是一個新的發(fā)展趨勢，已經(jīng)在許多功率變換設(shè)備中得到應(yīng)用。 但是過去數(shù)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(shù)字控制芯片已經(jīng)開發(fā)，費用也已降到比較合理的水平，歐美已有多家公司開發(fā)并制造出開關(guān)變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。 全數(shù)字控制的優(yōu)點是：數(shù)字信號與混合模數(shù)信號相比可以標(biāo)定更小的量，芯片價格也更低廉；對電流檢測誤差可以進(jìn)行精確的數(shù)字校正，電壓檢測也更精確；可以實現(xiàn)快速，靈活的控制設(shè)計。
關(guān)注點八：電磁兼容性
高頻開關(guān)電源的電磁兼容EMC問題有其特殊性。功率半導(dǎo)體開關(guān)管在開關(guān)過程中產(chǎn)生的di/dt和dv/dt，引起強大的傳導(dǎo)電磁干擾和諧波干擾。有些情況還會引起強電磁場(通常是近場)輻射。不但嚴(yán)重污染周圍電磁環(huán)境，對附近的電氣設(shè)備造成電磁干擾，還可能危及附近操作人員的安全。同時，電力電子電路(如開關(guān)變換器)內(nèi)部的控制電路也必須能承受開關(guān)動作產(chǎn)生的EMI及應(yīng)用現(xiàn)場電磁噪聲的干擾。上述特殊性，再加上EMI測量上的具體困難，在電力電子的電磁兼容領(lǐng)域里，存在著許多交*科學(xué)的前沿課題有待人們研究。近幾年研究成果表明，開關(guān)變換器中的電磁噪音源，主要來自主開關(guān)器件的開關(guān)作用所產(chǎn)生的電壓、電流變化。變化速度越快，電磁噪音越大。
關(guān)注點九：設(shè)計和測試技術(shù)
建模、仿真和CAD是一種新的設(shè)計工具。為仿真電源系統(tǒng)，首先要建立仿真模型，包括電力電子器件、變換器電路、數(shù)字和模擬控制電路以及磁元件和磁場分布模型等，還要考慮開關(guān)管的熱模型、可*性模型和EMC模型。各種模型差別很大，建模的發(fā)展方向是：數(shù)字-模擬混合建模、混合層次建模以及將各種模型組成一個統(tǒng)一的多層次模型等。
電源系統(tǒng)的CAD，包括主電路和控制電路設(shè)計、器件選擇、參數(shù)最優(yōu)化、磁設(shè)計、熱設(shè)計、EMI設(shè)計和印制電路板設(shè)計、可*性預(yù)估、計算機輔助綜合和優(yōu)化設(shè)計等。用基于仿真的專家系統(tǒng)進(jìn)行電源系統(tǒng)的CAD，可使所設(shè)計的系統(tǒng)性能最優(yōu)，減少設(shè)計制造費用，并能做可制造性分析，是21世紀(jì)仿真和CAD技術(shù)的發(fā)展方向之一。此外，電源系統(tǒng)的熱測試、EMI測試、可*性測試等技術(shù)的開發(fā)、研究與應(yīng)用也是應(yīng)大力發(fā)展的。
關(guān)注點十：系統(tǒng)集成技術(shù)
電源設(shè)備的制造特點是：非標(biāo)準(zhǔn)件多、勞動強度大、設(shè)計周期長、成本高、可*性低等，而用戶要求制造廠生產(chǎn)的電源產(chǎn)品更加實用、可*性更高、更輕小、成本更低。這些情況使電源制造廠家承受巨大壓力，迫切需要開展集成電源模塊的研究開發(fā)，使電源產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、可制造性、規(guī)模生產(chǎn)、降低成本等目標(biāo)得以實現(xiàn)。
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