開(kāi)關(guān)直流電源提高功率密度的幾個(gè)方向
2017-5-17 21:42:32??????點(diǎn)擊：
摘要
隨著電子集成化的發(fā)展，器件、設(shè)備小型化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，對(duì)開(kāi)關(guān)直流電源而言也是如此。高功率密度、小型化、輕薄化、片式化一直是電源技術(shù)發(fā)展的方向。那么，開(kāi)關(guān)直流電源的小型化主要由哪些因素決定呢?
1、工作頻率
提高開(kāi)關(guān)電源工作頻率——高頻功率半導(dǎo)體器件：工作頻率的提高可以提高功率密度。在相同的指標(biāo)要求下，電路工作頻率提高了，需要更高頻率功率管，那么在電路中就可以使用更小的輸出電感和濾波電容，這也就意味著，電感和電容的體積將大大減小，因此整個(gè)電路的體積和重量都將得到改善。但是我們必須要注意到隨著開(kāi)關(guān)頻率的不斷提高，開(kāi)關(guān)元件和無(wú)源元件的損耗也增加，高頻寄生參數(shù)以及高頻EMI等新的問(wèn)題也隨之產(chǎn)生。
在以往的開(kāi)關(guān)電源中，變壓器的體積往往占據(jù)了整個(gè)電源體積的大半部分，其實(shí)提高工作頻率對(duì)減小變壓器的體積是非常明顯的。
變壓器的有效體積：
其中r是電流紋波率，即r=△I/IDC；f是開(kāi)關(guān)頻率；PO是額定輸出功率。
可以看出磁芯的體積與開(kāi)關(guān)頻率f成反比，因此頻率越高，磁芯就可以小，自然變壓器的體積也小。一般的高頻變壓器可以輕易做到幾百KHz的頻率，對(duì)比一下相同功率下的工頻變壓器，你會(huì)發(fā)現(xiàn)體積相差之大。
2、采用新型變壓器
隨著工藝技術(shù)的提高，為進(jìn)一步減小變壓器的體積，可以采用平面變壓器和壓電變壓器，可使高頻功率變換器實(shí)現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度。平面磁芯開(kāi)發(fā)成功，可實(shí)現(xiàn)平面化的變壓器設(shè)計(jì)。由于平面變壓器要求磁芯、繞組是平面結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)該采用多層PCB繞組。平面變壓器的特點(diǎn)是高頻，低造型，高度很小而工作頻率很高。壓電變壓器利用壓電陶瓷材料特有的“電壓-振動(dòng)”變換和“振動(dòng)-電壓”變換的性質(zhì)傳送能量，其等效電路如同一個(gè)串并聯(lián)諧振電路，是功率變換領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。
3、 模塊化和集成化
大量的無(wú)源器件增加了電源的體積，如果我們能將這些無(wú)源器件集成在一起，不僅可以減小電源的體積也可以大大降低電源的成本，從而擴(kuò)大利潤(rùn)。將電源系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上，就可以使電源產(chǎn)品更為緊湊，體積更小，同時(shí)也減小了引線長(zhǎng)度，從而減小了寄生參數(shù)。低溫共燒陶瓷(LTCC)集成技術(shù)已成為無(wú)源集成的主流技術(shù)。應(yīng)用LTCC技術(shù)將電源電路中的無(wú)源器件內(nèi)埋，并集成在一起，又由于在LTCC技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行三維的電路設(shè)計(jì)，從而降低電源電路的體積，同時(shí)無(wú)源器件的集成內(nèi)埋，使得安裝成本也相應(yīng)的減少，一舉兩得。此外，還可以在元件選型和PCB布局上考慮，簡(jiǎn)化電路，選用小封裝的元器件，進(jìn)行合理緊湊的PCB Layout布局，從而進(jìn)一步縮小電源的體積。
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