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開關電源未來將趨于高頻化數字化

發布時間:2012-03-30

機遇與挑戰:

  • 高頻化﹑數字化將會成為開關電源未來發展趨勢

市場數據:

  • 從2004年至2010年全球開關電源銷售年增長率15%
  • 2008年中國電源產品產量3163萬臺,銷售額165.67億元


開關電源是利用現代電力電子技術,控制開關晶體管開通和關斷的時間比率,維持穩定輸出電壓及電流的一種電源。根據國際知名調查機構DATABEANS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于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》雜志的相關統計數據,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3163萬臺,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、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。

2、數字化技術

在傳統功率電子技術中,控制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系統中,電視、音響設備、照片處理、通訊、網絡等都逐步實現了數字化,而最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域。近年來,數字電源的研究勢頭不減,成果也越來越多。在電源數字化方面走在前面的公司主要有TI和Microchip。

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/零電流脈寬調制技術(ZVS/ZCS-PWM)以及零電壓過渡/零電流過渡脈寬調制(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,有助于變換器變換效率的提高。

4、功率因數校正技術(PFC)

由于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小于20%。既治理了電網的諧波污染,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,減少對電網的諧波污染,但還有待繼續研究發展。

5、模塊化技術

模塊化有兩方面的含義,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制造。實際上,由于頻率的不斷提高,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)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺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、機械方面的設計,達到優化完美的境地。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。

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