开关电源技术的发展趋势及方向

开关电源是利操控开关管注册和关断的时刻比率,维持安稳输出电压的一种电源。开关电源是相关于线性电源来说的。开关电源通常由脉冲宽度调制(PWM)操控IC和MOS管构成。如今,开关电源以小型、轻量和高功率的特色被广泛运用通讯、电力、医疗、工控军工等几乎一切设备,是当今电子信息产业飞速开展必不可缺少的一种电源办法。
 
开关电源的变压器的磁芯巨细与他的作业频率的平方成反比,频率越高铁心越小。这么就能够大大减小变压器,使电源减轻分量和体积。并且由于它直接操控直流,使这种电源的功率比线性电源高许多。这么就节省了动力,因而它很遭到大家的喜爱。但是开关电源也有它的缺陷,即是电路杂乱,修理艰难,对电路的污染严峻。电源噪声大,不适合用于某些低噪声电路。
 
第一个趋势:开关电源商品现已开始吹响数字化的号角。咱们所知的一切电子模仿电路系统中,像网络、电视、音频、视频等范畴都逐渐完成了数字化,而开关电源范畴可算是少数不幸的没有完成数字化的了。当然这些年,数字电源的研讨气势不减,效果也不断添加。在电源数字化方面走在前面的公司有Microchip和TI。TI公司现已用TMS320C28F10制成了通讯用的48V输出大功率电源模块,其间PFC和PWM有些完全为数字式操控。如今,TI公司现已研制出了多款数字式PWM操控芯片,它们将变成下一代数字电源的探路者。如今在电源范畴里的竞赛首要仍是功能报价的竞赛,所以数字电源还有很长的路要走,但是电源范畴的数字化的号角现已吹响了。
 
第二个趋势:这些年, DC/DC电源商品的非阻隔技能开展迅速,非阻隔是相对传统的阻隔电源商品而言的。举个简略比如:如台式PC机就请求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四种电压以及待机的+5V电压,主机板上则需求2.5V、1.8V、1.5V等,但是一套AC/DC中不可能给出这么多的电压输出,因而开发者便推出了许多非阻隔的DC/DC,有大电流的也有小电流的,他们首要是要运用到一些有很多的电压输出的归纳性板卡上面,而各电压之间又不需求阻隔的运用场合。依据输出电流的巨细,分为单相、两相及多相。操控办法上以PWM为主,少有些为PFM。在非阻隔的DC/DC改换技能中,TI公司的预检查栅驱动技能选用数字技能操控同步BUCK,选用这种技能的DC/DC改换功率最高能够到达97%,其间TPS40071等是其代表商品。BOOST升压办法也呈现了选用MOSFET替代二极管的同步BOOST的商品。在低压范畴,添加功率的起伏很大,并且正在设法进一步消除MOSFET的体二极管的导通及反向恢复疑问。
 
第三个趋势:同步整流技能的遍及运用及高效施行。上世纪90年代晚期同步整流技能诞生以来,开关电源技能得到了极大的开展,选用IC操控技能的同步整流计划现已为研制工程师遍及承受,如今的同步整流技能都在努力完成ZVS、ZCS办法的同步整流。
从2002年美国银河公司宣布了ZVS同步整流技能以后,如今现已得到了广泛运用。这种办法的同步整流系奇妙地将二次侧驱动同步整流的脉冲信号调为比一次侧的PWM脉冲信号的上升沿超前,降低沿滞后的办法完成了同步整流MOS的ZVS办法作业。最新面世的双输出式PWM操控IC几乎都在操控逻辑内添加了对二次侧完成ZVS同步整流的操控端子在非对称的开关电源电路拓扑中,特别是关于功能杰出的正激电路或正激有源箝位电路,在二次侧的同步整流中,为了完成ZVS办法的同步整流,消除MOSFET体二极管的导通损耗和反向恢复时刻带来的损耗,TI公司的专利技能"预检查栅驱动技能"在操控芯片中添加了很多的数字操控技能,正激电路同步整流的操控芯片UCC27228的诞生使正激电路的功率到达了史无前例的高功率。再配合好初级侧的有源箝位技能以后,使这种最新的电路模式既做到了初级侧的软开关ZVS办法作业,又处理了磁芯复位及能量回馈,减轻了功率MOSFET的电压应力,还做到了二次侧的ZVS最好状况的同步整流,归纳运用这两项技能的中小功率的DC/DC改换器,其功率都在94%以上,功率密度也都能到达200W/in以上。
 
第四个趋势:初级PWM操控IC不断优化,有源箝位技能历经十余年经久不衰,自从2002年VICOR公司此项专利技能到期解禁以后,各家公司开发的新式有源箝位操控IC如雨后春笋般出现,给用户供给了充分的挑选。操控前期有源箝位操控技能的TI,不仅保持了原有的UCC3580系列,又新开发了功能更优越的UCC2891-94,它选用电流型操控办法,归纳了高边箝位、低边箝位两种操控计划,给出了全新的操控技巧。最新的科技效果应该是INTERSIL公司推出的PWM对称全桥的ZVS操控IC-ISL6752。它既能操控初级侧的四个MOS开关为ZVS作业状况,又能精确地给出操控二次侧的同步整流为ZVS作业状况的驱动信号。选用这颗IC制作的400W的DC/DC再加上领先的功率MOSFET,改换功率可到达95%。开关电源设计时能够挑选最好操控办法和最好电路拓扑。大功率应该是全桥ZVS加上二次侧ZVS同步整流,典型操控IC是ISL6752;中等功率到小功率应该是有源箝位正激改换ZVS软开关配上二次侧的预检查栅驱动技能的同步整流;而小功率应该是配好同步整流的反激改换。当然,这儿没有肯定的边界,仅仅不一样的条件下应该有相应的最好挑选。
 
  综上所述,咱们得知开关电源的开展目标是低耗、低噪声、抗干扰、高牢靠、和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技能是高频化,因而国外各大开关电源制作商都致力于同步开发新式高智能化的元器材,特别是改善二次整流器材的损耗,并在磁芯资料上面加大科技立异力度,以进步在高频率和较大磁通密度取得高的磁功能。频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的运用范畴,特别是在高新技能范畴的运用,推动了高新技能商品的小型化、简便化。别的开关电源的开展与运用在节省动力、节省资本及保护环境方面都具有主要的含义。

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