基于電源生產(chǎn)流程的開(kāi)關(guān)電源發(fā)展過(guò)程中的十個(gè)技術(shù)焦點(diǎn)

三是采用新型電容器。為了減小電力電子設(shè)備的體積和重量，須設(shè)法改進(jìn)電容器的性能，提高能量密度，并研究開(kāi)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(diǎn)三：高頻磁與同步整流技術(shù)

電源系統(tǒng)中應(yīng)用大量磁元件，高頻磁元件的材料、結(jié)構(gòu)和性能都不同于工頻磁元件，有許多問(wèn)題需要研究。對(duì)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(jí)頻率的磁性材料為人們所關(guān)注，納米結(jié)晶軟磁材料也已開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

高頻化以后，為了提高開(kāi)關(guān)電源的效率，必須開(kāi)發(fā)和應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。它是過(guò)去幾十年國(guó)際電源界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

對(duì)于低電壓、大電流輸出的軟開(kāi)關(guān)變換器，進(jìn)一步提高其效率的措施是設(shè)法降低開(kāi)關(guān)的通態(tài)損耗。例如同步整流SR技術(shù)，即以功率MOS管反接作為整流用開(kāi)關(guān)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(diǎn)四：分布電源結(jié)構(gòu)

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(diǎn)是：可實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器組件模 塊化;容易實(shí)現(xiàn)N+1功率冗余，提高系統(tǒng)可靠性;易于擴(kuò)增負(fù)載容量;可降低48V母線(xiàn)上的電流和電壓降;容易做到熱分布均勻、便于散熱設(shè)計(jì);瞬態(tài)響應(yīng)好; 可在線(xiàn)更換失效模塊等。

現(xiàn)在分布電源系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，一是兩級(jí)結(jié)構(gòu)，另一種是三級(jí)結(jié)構(gòu)。

焦點(diǎn)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(shí)，單相整流電源供電的電子設(shè)備，電網(wǎng)側(cè)(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(wǎng)側(cè)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(wǎng)的諧波污染，又 提高了電源的整體效率。這一技術(shù)稱(chēng)為有源功率因數(shù)校正APFC單相APFC國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)較早，技術(shù)已較成熟;三相APFC的拓?fù)漕?lèi)型和控制策略雖然已經(jīng)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(kāi)關(guān)電源，由兩級(jí)拓?fù)浣M成，對(duì)于小功率AC/DC開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，采用兩級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總體效率低、成本高。

如果對(duì)輸入端功率因數(shù)要求不特別高時(shí)，將PFC變換器和后級(jí)DC/DC變換器組合成一個(gè)拓?fù)?，?gòu)成單級(jí)高功率因數(shù)AC/DC開(kāi)關(guān)電源，只用一個(gè)主開(kāi)關(guān)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(diào)，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稱(chēng)為單管單級(jí)即S4PFC變換器。

焦點(diǎn)六：電壓調(diào)節(jié)器模塊VRM

電壓調(diào)節(jié)器模塊是一類(lèi)低電壓、大電流輸出DC-DC變換器模塊，向微處理器提供電源。現(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(chǎng)強(qiáng)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(dá)50A～100A，所以對(duì)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(yīng)等。

焦點(diǎn)七：全數(shù)字化控制

電源的控制已經(jīng)由模擬控制，模數(shù)混合控制，進(jìn)入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)在許多功率變換設(shè)備中得到應(yīng)用。

但是過(guò)去數(shù)字控制在DC/DC變換器中用得較少。近兩年來(lái)，電源的高性能全數(shù)字控制芯片已經(jīng)開(kāi)發(fā)，費(fèi)用也已降到比較合理的水平，歐美已有多家公司開(kāi)發(fā)并制造出開(kāi)關(guān)變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。

全數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)字信號(hào)與混合模數(shù)信號(hào)相比可以標(biāo)定更小的量，芯片價(jià)格也更低廉;對(duì)電流檢測(cè)誤差可以進(jìn)行精確的數(shù)字校正，電壓檢測(cè)也更精確;可以實(shí)現(xiàn)快速，靈活的控制設(shè)計(jì)。

焦點(diǎn)八：電磁兼容性

高頻開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容EMC問(wèn)題有其特殊性。功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管在開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的di/dt和dv/dt，引起強(qiáng)大的傳導(dǎo)電磁干擾和諧波干擾。有 些情況還會(huì)引起強(qiáng)電磁場(chǎng)(通常是近場(chǎng))輻射。不但嚴(yán)重污染周?chē)姶怒h(huán)境，對(duì)附近的電氣設(shè)備造成電磁干擾，還可能危及附近操作人員的安全。同時(shí)，電力電子電路(如開(kāi)關(guān)變換器)內(nèi)部的控制電路也必須能承受開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的EMI及應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)電磁噪聲的干擾。上述特殊性，再加上EMI測(cè)量上的具體困難，在電力電子的電磁兼容領(lǐng)域里，存在著許多交叉科學(xué)的前沿課題有待人們研究。國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)均開(kāi)展了電力電子電路的電磁干擾和電磁兼容性問(wèn)題的研究，并取得了不少可喜成果。近幾年研究成果表明，開(kāi)關(guān)變換器中的電磁噪音源，主要來(lái)自主開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)作用所產(chǎn)生的電壓、電流變化。變化速度越快，電磁噪音越大。焦點(diǎn)九：設(shè)計(jì)和測(cè)試技術(shù)

建模、仿真和CAD是一種新的設(shè)計(jì)工