開關電源技術發展熱門關注點錦集

2022-11-20 23:18:04 字數 2901 閱讀 9315

一是高頻化。為了實現電源高功率密度,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。

二是應用壓電變壓器。應用壓電變壓器可使高頻功率變換器實現輕、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」變換和「振動- 電壓」變換的性質傳送能量,其等效電路如同乙個串並聯諧振電路,是功率變換領域的研究熱點之一。

三是採用新型電容器。為了減小電力電子裝置的體積和重量,必須設法改進電容器的效能,提高能量密度,並研究開發適合於電力電子及電源系統用的新型電容器,要求電容量大、等效串聯電阻esr小、體積小等。

關注點三:高頻磁與同步整流技術

電源系統中應用大量磁元件,高頻磁元件的材料、結構和效能都不同於工頻磁元件,有許多問題需要研究。對高頻磁元件所用磁性材料有如下要求:損耗小,散熱效能好,磁效能優越。

適用於兆赫級頻率的磁性材料為人們所關注,奈米結晶軟磁材料也已開發應用。

高頻化以後,為了提高開關電源的效率,必須開發和應用軟開關技術。它是過去幾十年國際電源界的乙個研究熱點。

對於低電壓、大電流輸出的軟開關變換器,進一步提高其效率的措施是設法降低開關的通態損耗。例如同步整流sr技術,即以功率mos管反接作為整流用開關二極體,代替蕭特基二極體(sbd),可降低管壓降,從而提高電路效率。

關注點四:分布電源結構

分布電源系統適合於用作超高速積體電路組成的大型工作站(如影象處理站)、大型數字電子交換系統等的電源,其優點是:可實現dc/dc變換器元件模組化;容易實現n+1功率冗餘,易於擴增負載容量;可降低48v母線上的電流和電壓降;容易做到熱分布均勻、便於散熱設計;瞬態響應好;可**更換失效模組等。

現在分布電源系統有兩種結構型別,一是兩級結構,另一種是**結構。

關注點五:pfc變換器

由於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裝置,電網側(交流輸入端)功率因數僅為 0.6~0.65。

採用pfc(功率因數校正)變換器,網側功率因數可提高到0.95~0.99,輸入電流thd小於10%。

既治理了電網的諧波汙染,又提高了電源的整體效率。這一技術稱為有源功率因數校正apfc單相apfc國內外開發較早,技術已較成熟;三相apfc的拓撲型別和控制策略雖然已經有很多種,但還有待繼續研究發展。

一般高功率因數ac/dc開關電源,由兩級拓撲組成,對於小功率ac/dc開關電源來說,採用兩級拓撲結構總體效率低、成本高。

如果對輸入端功率因數要求不特別高時,將pfc變換器和后級dc/dc變換器組合成乙個拓撲,構成單級高功率因數ac/dc開關電源,只用乙個主開關管,可使功率因數校正到0.8以上,並使輸出直流電壓可調,這種拓撲結構稱為單管單級即s4pfc變換器。

關注點六:電壓調節器模組vrm

電壓調節器模組是一類低電壓、大電流輸出dc-dc變換器模組,向微處理器提供電源。

現在資料處理系統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、快速響應等。

關注點七:全數位化控制

電源的控制已經由模擬控制,模數混合控制,進入到全數字控制階段。全數字控制是乙個新的發展趨勢,已經在許多功率變換裝置中得到應用。

但是過去數字控制在dc/dc變換器中用得較少。近兩年來,電源的高效能全數字控制晶元已經開發,費用也已降到比較合理的水平,歐美已有多家公司開發並製造出開關變換器的數字控制晶元及軟體。

全數字控制的優點是:數碼訊號與混合模數訊號相比可以標定更小的量,晶元**也更低廉;對電流檢測誤差可以進行精確的數字校正,電壓檢測也更精確;可以實現快速,靈活的控制設計。

關注點八:電磁相容性

高頻開關電源的電磁相容emc問題有其特殊性。功率半導體開關管在開關過程中產生的di/dt和dv/dt,引起強大的傳導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。

不但嚴重汙染周圍電磁環境,對附近的電氣裝置造成電磁干擾,還可能危及附近操作人員的安全。同時,電力電子電路(如開關變換器)內部的控制電路也必須能承受開關動作產生的emi及應用現場電磁雜訊的干擾。上述特殊性,再加上emi測量上的具體困難,在電力電子的電磁相容領域裡,存在著許多交*科學的前沿課題有待人們研究。

國內外許多大學均開展了電力電子電路的電磁干擾和電磁相容性問題的研究,並取得了不少可喜成果。近幾年研究成果表明,開關變換器中的電磁噪音源,主要來自主開關器件的開關作用所產生的電壓、電流變化。變化速度越快,電磁噪音越大。

關注點九:設計和測試技術

建模、**和cad是一種新的設計工具。為**電源系統,首先要建立**模型,包括電力電子器件、變換器電路、數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,建模的發展方向是:

數字-模擬混合建模、混合層次建模以及將各種模型組成乙個統一的多層次模型等。

電源系統的cad,包括主電路和控制電路設計、器件選擇、引數最優化、磁設計、熱設計、emi設計和印製電路板設計、可*性預估、計算機輔助綜合和優化設計等。用基於**的專家系統進行電源系統的cad,可使所設計的系統效能最優,減少設計製造費用,並能做可製造性分析,是21世紀**和cad技術的發展方向之一。此外,電源系統的熱測試、emi測試、可*性測試等技術的開發、研究與應用也是應大力發展的。

關注點十:系統整合技術

電源裝置的製造特點是:非標準件多、勞動強度大、設計周期長、成本高、可*性低等,而使用者要求製造廠生產的電源產品更加實用、可*性更高、更輕小、 成本更低。這些情況使電源製造廠家承受巨大壓力,迫切需要開展整合電源模組的研究開發,使電源產品的標準化、模組化、可製造性、規模生產、降低成本等目標得以實現。

實際上,在電源整合技術的發展程序中,已經經歷了電力半導體器件模組化,功率與控制電路的集

成化,整合無源元件(包括磁整合技術)等發展階段。近年來的發展方向是將小功率電源系統整合在乙個晶元上,可以使電源產品更為緊湊,體積更小,也減小了引線長度,從而減小了寄生引數。在此基礎上,可以實現一體化,所有元器件連同控制保護整合在乙個模組中。

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