基于電源生產流程的開關電源發(fā)展過程中的十個技術焦點

三是采用新型電容器。為了減小電力電子設備的體積和重量，須設法改進電容器的性能，提高能量密度，并研究開發(fā)適合于電力電子及電源系統(tǒng)用的新型電容器，要求電容量大、等效串聯(lián)電阻ESR小、體積小等。

焦點三：高頻磁與同步整流技術

電源系統(tǒng)中應用大量磁元件，高頻磁元件的材料、結構和性能都不同于工頻磁元件，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，散熱性能好，磁性能優(yōu)越。適用于兆赫級頻率的磁性材料為人們所關注，納米結晶軟磁材料也已開發(fā)應用。

高頻化以后，為了提高開關電源的效率，必須開發(fā)和應用軟開關技術。它是過去幾十年國際電源界的一個研究熱點。

對于低電壓、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(tài)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管，代替蕭特基二極管(SBD)，可降低管壓降，從而提高電路效率。

焦點四：分布電源結構

分布電源系統(tǒng)適合于用作超高速集成電路組成的大型工作站(如圖像處理站)、大型數(shù)字電子交換系統(tǒng)等的電源，其優(yōu)點是：可實現(xiàn)DC/DC變換器組件模 塊化;容易實現(xiàn)N+1功率冗余，提高系統(tǒng)可靠性;易于擴增負載容量;可降低48V母線上的電流和電壓降;容易做到熱分布均勻、便于散熱設計;瞬態(tài)響應好; 可在線更換失效模塊等。

現(xiàn)在分布電源系統(tǒng)有兩種結構類型，一是兩級結構，另一種是三級結構。

焦點五：PFC變換器

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(shù)僅為 0.6～0.65。采用PFC(功率因數(shù)校正)變換器，網側功率因數(shù)可提高到0.95～0.99，輸入電流THD小于10%。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(shù)校正APFC單相APFC國內外開發(fā)較早，技術已較成熟;三相APFC的拓撲類型和控制策略雖然已經有很多種，但還有待繼續(xù)研究發(fā)展。

一般高功率因數(shù)AC/DC開關電源，由兩級拓撲組成，對于小功率AC/DC開關電源來說，采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(shù)要求不特別高時，將PFC變換器和后級DC/DC變換器組合成一個拓撲，構成單級高功率因數(shù)AC/DC開關電源，只用一個主開關管，可使功率因數(shù)校正到0.8以上，并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。

焦點六：電壓調節(jié)器模塊VRM

電壓調節(jié)器模塊是一類低電壓、大電流輸出DC-DC變換器模塊，向微處理器提供電源?，F(xiàn)在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)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。

焦點七：全數(shù)字化控制

電源的控制已經由模擬控制，模數(shù)混合控制，進入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是一個新的發(fā)展趨勢，已經在許多功率變換設備中得到應用。

但是過去數(shù)字控制在DC/DC變換器中用得較少。近兩年來，電源的高性能全數(shù)字控制芯片已經開發(fā)，費用也已降到比較合理的水平，歐美已有多家公司開發(fā)并制造出開關變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。

全數(shù)字控制的優(yōu)點是：數(shù)字信號與混合模數(shù)信號相比可以標定更小的量，芯片價格也更低廉;對電流檢測誤差可以進行精確的數(shù)字校正，電壓檢測也更精確;可以實現(xiàn)快速，靈活的控制設計。

焦點八：電磁兼容性

高頻開關電源的電磁兼容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。不但嚴重污染周圍電磁環(huán)境，對附近的電氣設備造成電磁干擾，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(xiàn)場電磁噪聲的干擾。上述特殊性，再加上EMI測量上的具體困難，在電力電子的電磁兼容領域里，存在著許多交叉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兼容性問題的研究，并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。焦點九：設計和測試技術

建模、仿真和CAD是一種新的設計工