開關電源技術的十個關注點
上世紀60年代，開關電源的面世，使其逐漸替代了線性穩壓電源和SCR相控電源。40多年來，開關電源技能有了飛迅展開和改變，閱歷了功率半導體器材、高頻化和軟開關技能、開關電源體系的集成技能三個展開階段。
功率半導體器材從雙極型器材(BPT、SCR、GTO)展開為MOS型器材(功率MOSFET、 IGBT、IGCT等)，使電力電子體系有可能完成高頻化，并大幅度下降導通損耗，電路也更為簡略。
自上世紀80年代開端，高頻化和軟開關技能的開發研討，使功率改換器功能更好、分量更輕、尺度更小。高頻化和軟開關技能是曩昔20年世界電力電子界研討的熱門之一。
上世紀90年代中期，集成電力電子體系和集成電力電子模塊(IPEM)技能開端展開，它是當今世界電力電子界亟待解決的新問題之一。
關注點一：功率半導體器材功能
1998年，Infineon公司推出冷MOS管，它選用“超級結”(Super-Junction)結構，故又稱超結功率MOSFET。作業電壓600V～800V，通態電阻簡直下降了一個數量級，仍堅持開關速度快的特色，是一種有展開前途的高頻功率半導體器材。
IGBT剛出現時，電壓、電流額定值只要600V、25A。很長一段時間內，耐壓水平限于1200V～1700V，通過長期的探究研討和改善，現在IGBT的電壓、電流額定值已別離到達3300V/1200A和4500V/1800A，高壓IGBT單片耐壓已到達6500V，一般IGBT的作業頻率上限為20kHz～40kHz，根據穿通(PT)型結構使用新技能制作的IGBT，可作業于150kHz(硬開關)和300kHz(軟開關)。
IGBT的技能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。跟著工藝和結構方式的不同，IGBT在20年前史展開進程中，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是功率半導體器材晶片的抱負資料，其長處是：禁帶寬、作業溫度高(可達600℃)、熱穩定性好、通態電阻小、導熱功能好、漏電流極小、PN結耐壓高級，有利于制作出耐高溫的高頻大功率半導體器材。
能夠預見，碳化硅將是21世紀最可能成功使用的新式功率半導體器材資料。
關注點二：開關電源功率密度
進步開關電源的功率密度，使之小型化、輕量化，是人們不斷努力尋求的方針。電源的高頻化是世界電力電子界研討的熱門之一。電源的小型化、減輕分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詳細辦法有：
一是高頻化。為了完成電源高功率密度，有必要進步PWM改換器的作業頻率、然后減小電路中儲能元件的體積分量。
二是使用壓電變壓器。使用壓電變壓器可使高頻功率改換器完成輕、小、薄和高功率密度。
壓電變壓器使用壓電陶瓷資料特有的“電壓-振蕩”改換和“振蕩-電壓”改換的性質傳送能量，其等效電路好像一個串并聯諧振電路，是功率改換范疇的研討熱門之一。
三是選用新式電容器。為了減小電力電子設備的體積和分量，有必要設法改善電容器的功能，進步能量密度，并研討開發適合于電力電子及電源體系用的新式電容器，要求電容量大、等效串聯電阻ESR小、體積小等。
關注點三：高頻磁與同步整流技能
電源體系中使用很多磁元件，高頻磁元件的資料、結構和功能都不同于工頻磁元件，有許多問題需求研討。對高頻磁元件所用磁性資料有如下要求：損耗小，散熱功能好，磁功能優越。適用于兆赫級頻率的磁性資料為人們所關注，納米結晶軟磁資料也已開發使用。
高頻化今后，為了進步開關電源的功率，有必要開發和使用軟開關技能。它是曩昔幾十年世界電源界的一個研討熱門。
關于低電壓、大電流輸出的軟開關改換器，進一步進步其功率的辦法是設法下降開關的通態損耗。例好像步整流SR技能，即以功率MOS管反接作為整流用開關二極管，替代蕭特基二極管(SBD)，可下降管壓降，然后進步電路功率。
關注點四：散布電源結構
散布電源體系適合于用作超高速集成電路組成的大型作業站(如圖像處理站)、大型數字電子交換體系等的電源，其長處是：可完成DC/DC改換器組件模塊化；簡單完成N+1功率冗余，進步體系可*性；易于擴增負載容量；可下降48V母線上的電流和電壓降；簡單做到熱散布均勻、便于散熱規劃；瞬態呼應好；可在線替換失效模塊等。
現在散布電源體系有兩種結構類型，一是兩級結構，另一種是三級結構。
關注點五：PFC改換器
因為AC/DC改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(溝通輸入端)功率因數僅為0.6～0.65。選用PFC(功率因數校對)改換器，網側功率因數可進步到0.95～0.99，輸入電流THD小于10%。既治理了電網的諧波污染，又進步了電源的全體功率。這一技能稱為有源功率因數校對APFC單相APFC國內外開發較早，技能已較成熟；三相APFC的拓撲類型和操控戰略盡管現已有很多種，但還有待持續研討展開。
一般高功率因數AC/DC開關電源，由兩級拓撲組成，關于小功率AC/DC開關電源來說，選用兩級拓撲結構整體功率低、本錢高。
如果對輸入端功率因數要求不特別高時，將PFC改換器和后級DC/DC改換器組合成一個拓撲，構成單級高功率因數AC/DC開關電源，只用一個主開關管，可使功率因數校對到0.8以上，并使輸出直流電壓可調，這種拓撲結構稱為單管單級即S4PFC改換器。
關注點六：電壓調節器模塊VRM
電壓調節器模塊是一類低電壓、大電流輸出DC-DC改換器模塊，向微處理器供給電源。
現在數據處理體系的速度和功率日益進步，為下降微處理器IC的電場強度和功耗，有必要下降邏輯電壓，新一代微處理器的邏輯電壓已下降至1V，而電流則高達50A～100A，所以對VRM的要求是：輸出電壓很低、輸出電流大、電流改變率高、快速呼應等。
關注點七：全數字化操控
電源的操控現已由模仿操控，模數混合操控，進入到全數字操控階段。全數字操控是一個新的展開趨勢，現已在許多功率改換設備中得到使用。
可是曩昔數字操控在DC/DC改換器中用得較少。近兩年來，電源的高功能全數字操控芯片現已開發，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作出開關改換器的數字操控芯片及軟件。
全數字操控的長處是：數字信號與混合模數信號相比能夠標定更小的量，芯片價格也更低價；對電流檢測差錯能夠進行準確的數字校對，電壓檢測也更準確；能夠完成快速，靈敏的操控規劃。
關注點八：電磁兼容性
高頻開關電源的電磁兼容EMC問題有其特殊性。功率半導體開關管在開關過程中發生的di/dt和dv/dt，引起強壯的傳導電磁攪擾和諧波攪擾。有些狀況還會引起強電磁場(通常是近場)輻射。不光嚴重污染周圍電磁環境，對鄰近的電氣設備形成電磁攪擾，還可能危及鄰近操作人員的安全。一起，電力電子電路(如開關改換器)內部的操控電路也有必要能接受開關動作發生的EMI及使用現場電磁噪聲的攪擾。上述特殊性，再加上EMI丈量上的詳細困難，在電力電子的電磁兼容范疇里，存在著許多交*科學的前沿課題有待人們研討。國內外許多大學均展開了電力電子電路的電磁攪擾和電磁兼容性問題的研討，并取得了不少可喜成果。近幾年研討成果標明，開關改換器中的電磁噪音源，首要來自主開關器材的開關效果所發生的電壓、電流改變。改變速度越快，電磁噪音越大。
關注點九：規劃和測驗技能
建模、仿真和CAD是一種新的規劃東西。為仿真電源體系，首先要樹立仿真模型，包含電力電子器材、改換器電路、數字和模仿操控電路以及磁元件和磁場散布模型等，還要考慮開關管的熱模型、可*性模型和EMC模型。各種模型差別很大，建模的展開方向是：數字-模仿混合建模、混合層次建模以及將各種模型組成一個一致的多層次模型等。
電源體系的CAD，包含主電路和操控電路規劃、器材挑選、參數最優化、磁規劃、熱規劃、EMI規劃和印制電路板規劃、可*性預估、計算機輔佐歸納和優化規劃等。用根據仿真的專家體系進行電源體系的CAD，可使所規劃的體系功能最優，減少規劃制作費用，并能做可制作性分析，是21世紀仿真和CAD技能的展開方向之一。此外，電源體系的熱測驗、EMI測驗、可*性測驗等技能的開發、研討與使用也是應大力展開的。
關注點十：體系集成技能
電源設備的制作特色是：非規范件多、勞動強度大、規劃周期長、本錢高、可*性低一級，而用戶要求制作廠出產的電源產品愈加實用、可*性更高、更輕小、本錢更低。這些狀況使電源制作廠家接受巨大壓力，迫切需求展開集成電源模塊的研討開發，使電源產品的規范化、模塊化、可制作性、規劃出產、下降本錢等方針得以完成。
實際上，在電源集成技能的展開進程中，現已閱歷了電力半導體器材模塊化，功率與操控電路的集成化，集成無源元件(包含磁集成技能)等展開階段。近年來的展開方向是將小功率電源體系集成在一個芯片上，能夠使電源產品更為緊湊，體積更小，也減小了引線長度，然后減小了寄生參數。在此基礎上，能夠完成一體化，一切元器材連同操控保護集成在一個模塊中。
上世紀90年代，跟著大規劃散布電源體系的展開，一體化的規劃觀念被推行到更大容量、更高電壓的電源體系集成，進步了集成度，出現了集成電力電子模塊(IPEM)。IPEM將功率器材與電路、操控以及檢測、執行等元件集成封裝，得到規范的，可制作的模塊，既可用于規范規劃，也可用于專用、特殊規劃。長處是可快速高效為用戶供給產品，明顯下降本錢，進步可*性。
總歸，電源體系集成是當今世界電力電子界亟待解決的新問題之一。
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