2012年我国开关电源行业技术发展分析


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 真正的发展是从70年代开始的,在此期间系统的电力理论的确立为开关的发展提供了一个良好而必需的基础。但在产品应用的初期,存在开关频率低、功率密度较低、可靠性较差的缺点。因此开关电源主要的发展方向,是针对上述缺点不断加以改善。大功率场效应管及绝缘栅晶体管等器件的出现为高频和大功率变换器提供了极有利的条件。新的器件和新的拓扑理论的出现使得开关电源技术日趋可靠、成熟、经济、适用。开关电源目前的发展,可以概括为以下几个方面:

    1、高频化技术

    随着开关频率的提高,开关变换器的体积也随之减少,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善。小功率DC/DC变换器的开关频率将上升到MHz。但随着开关频率的不断提高,开关元件和无源元件损耗的增加、高频寄生参数以及高频EMI等新的问题也将随之产生。

    2、数字化技术

    在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作。目前,在整个的电子模拟电路系统中,、音响设备、照片处理、通讯、网络等都逐步实现了数字化,而最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来,数字电源的研究势头不减,成果也越来越多。在电源数字化方面走在前面的公司主要有TI和Microchip。

    3、软开关技术

    为提高变换器的变换效率,各种软开关技术应用而生,具有代表性的是无源软开关技术和有源软开关技术,主要包括零电压开关/零电流开关(ZVS/ZCS)谐振、准谐振、零电压/零电流脉宽调制技术(ZVS/ZCS-PWM)以及零电压过渡/零电流过渡脉宽调制(ZVT/ZCT-PWM)技术等。采用软开关技术可以有效地降低开关损耗和开关应力,有助于变换器变换效率的提高。

    4、功率因数校正技术(PFC)

    由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容,在正弦电压输入时,单相整流电源供电的电子设备,电网侧(交流输入端)功率因数仅为0.6~0.65。采用PFC(功率因数校正)变换器,网侧功率因数可提高到0.95~0.99,输入电流THD小于20%。既治理了电网的谐波污染,又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相,APFC国内外开发较早,技术已较成熟。目前PFC技术主要分为有源PFC技术和无源PFC技术两大类,采用PFC技术可以提高AC/DC变化器输入端功率因数,减少对电网的谐波污染,但还有待继续研究发展。

    5、模块化技术

    模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。近年来,有些公司把开关电源的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流、毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,这样的模块经过严格合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。

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