未來開關電源發展或將趨於數字化與高頻化
發布時間:2012-04-12
機遇與挑戰:
- 在電源數字化方麵走在前麵的公司主要有TI和Microchip
- 采用軟開關技術可以有效地降低開關損耗和開關應力
- 采用PFC技術還有待繼續研究發展
市場數據:
- 從2004年至2010年每年全球開關電源市場銷售額平均保持15%的增長
kaiguandianyuanshiliyongxiandaidianlidianzijishu,kongzhikaiguanjingtiguankaitongheguanduandeshijianbilv,weichiwendingshuchudianyajidianliudeyizhongdianyuan。genjuguojizhimingtiaozhajigouDATABEANS統計數據,從2004年至2010年每年全球開關電源市場銷售額平均保持了15%左右的幅度增長,到2010年約為120億美元的銷售額。
我國開關電源行業起步於1970 年代末期,目前已成為開關電源最主要的生產國和消費國。根據《UPS應用》雜誌的相關統計數據,2003年以來,中國電源市場始終總體保持穩定發展態勢。2008年中國電源產品產量3163萬台,同比增長5.7%,銷售額為165.67億元,同比增長6.2%。隨著科學技術的不斷進步,目前開關電源也進入到一個全新的發展階段。高頻化﹑數字化﹑軟開關等技術也將會成為未來開關電源的發展趨勢。
1、數字化技術
在傳統功率電子技術中,控製部分是按模擬信號來設計和工作。目前,在整個的電子模擬電路係統中,電視、音響設備、照片處理、通訊、wangluodengdouzhubushixianleshuzihua,erzuihouyigemeiyoushuzihuadebaoleijiushidianyuanlingyu。jinnianlai,shuzidianyuandeyanjiushitoubujian,chengguoyeyuelaiyueduo。zaidianyuanshuzihuafangmianzouzaiqianmiandegongsizhuyaoyouTI和Microchip。
2、高頻化技術
隨著開關頻率的提高,開關變換器的體積也隨之減少,功率密度也得到大幅提升,動態響應得到改善。小功率DC/DC變換器的開關頻率將上升到MHz。但隨著開關頻率的不斷提高,開關元件和無源元件損耗的增加、高頻寄生參數以及高頻EMI等新的問題也將隨之產生。
3、軟開關技術
為提高變換器的變換效率,各種軟開關技術應用而生,具有代表性的是無源軟開關技術和有源軟開關技術,主要包括零電壓開關/零電流開關(ZVS/ZCS)諧振、準諧振、零電壓/零電流脈寬調製技術(ZVS/ZCS-PWM)以及零電壓過渡/零電流過渡脈寬調製(ZVT/ZCT-PWM)技術等。采用軟開關技術可以有效地降低開關損耗和開關應力,有助於變換器變換效率的提高。
4、模塊化技術
模塊化有兩方麵的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。
近年來,有些公司把開關電源的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計製造。實際上,由於頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流、毛刺)。
為了提高係統的可靠性,有些製造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一台整機的所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,這樣的模塊經過嚴格合理的熱、電、機(ji)械(xie)方(fang)麵(mian)的(de)設(she)計(ji),達(da)到(dao)優(you)化(hua)完(wan)美(mei)的(de)境(jing)地(di)。由(you)此(ci)可(ke)見(jian),模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)目(mu)的(de)不(bu)僅(jin)在(zai)於(yu)使(shi)用(yong)方(fang)便(bian),縮(suo)小(xiao)整(zheng)機(ji)體(ti)積(ji),更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)取(qu)消(xiao)傳(chuan)統(tong)連(lian)線(xian),把(ba)寄(ji)生(sheng)參(can)數(shu)降(jiang)到(dao)最(zui)小(xiao),從(cong)而(er)把(ba)器(qi)件(jian)承(cheng)受(shou)的(de)電(dian)應(ying)力(li)降(jiang)至(zhi)最(zui)低(di),提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。
5、功率因數校正技術(PFC)
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設備,電網側(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,網側功率因數可提高到0.95~0.99,輸入電流THD小於20%。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。
目前PFC技術主要分為有源PFC技術和無源PFC技術兩大類,采用PFC技術可以提高AC/DC變化器輸入端功率因數,減少對電網的諧波汙染,但還有待繼續研究發展。
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