2012年我國開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展趨勢分析

    開關(guān)電源真正的發(fā)展是從70 年代開始的，在此期間系統(tǒng)的電力電子理論的確立為開關(guān)電源的發(fā)展提供了一個良好而必需的基礎(chǔ)。但在產(chǎn)品應(yīng)用的初期，存在開關(guān)頻率低、功率密度較低、可靠性較差的缺點。因此開關(guān)電源主要的發(fā)展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。

    大功率場效應(yīng)管及絕緣柵晶體管等器件的出現(xiàn)為高頻和大功率變換器提供了極有利的條件。新的器件和新的拓撲理論的出現(xiàn)使得開關(guān)電源技術(shù)日趨可靠、成熟、經(jīng)濟、適用。

    開關(guān)電源目前的發(fā)展,可以概括為以下幾個方面：

    高頻化技術(shù)

    隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān)變換器的體積也隨之減少，功率密度也得到大幅提升，動態(tài)響應(yīng)得到改善。小功率DC/DC 變換器的開關(guān)頻率將上升到MHz。但隨著開關(guān)頻率的不斷提高，開關(guān)元件和無源元件損耗的增加、高頻寄生參數(shù)以及高頻EMI 等新的問題也將隨之產(chǎn)生。

    數(shù)字化技術(shù)

    在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中，控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作。目前，在整個的電子模擬電路系統(tǒng)中，電視、音響設(shè)備、照片處理、通訊、網(wǎng)絡(luò)等都逐步實現(xiàn)了數(shù)字化，而最后一個沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域。近年來，數(shù)字電源的研究勢頭不減，成果也越來越多。在電源數(shù)字化方面走在前面的公司主要有TI 和Microchip。

    軟開關(guān)技術(shù)

    為提高變換器的變換效率，各種軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用而生，具有代表性的是無源軟開關(guān)技術(shù)和有源軟開關(guān)技術(shù)，主要包括零電壓開關(guān)/零電流開關(guān)( ZVS/ZCS)諧振、準諧振、零電壓/零電流脈寬調(diào)制技術(shù)( ZVS/ZCS-PWM)以及零電壓過渡/零電流過渡脈寬調(diào)制(ZVT/ZCT-PWM)技術(shù)等。采用軟開關(guān)技術(shù)可以有效地降低開關(guān)損耗和開關(guān)應(yīng)力，有助于變換器變換效率的提高。

    功率因數(shù)校正技術(shù)(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(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20%。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)稱為有源功率因數(shù)校正APFC 單相，APFC 國內(nèi)外開發(fā)較早，技術(shù)已較成熟。目前PFC 技術(shù)主要分為有源PFC 技術(shù)和無源PFC 技術(shù)兩大類，采用PFC 技術(shù)可以提高AC/DC 變化器輸入端功率因數(shù)，減少對電網(wǎng)的諧波污染，但還有待繼續(xù)研究發(fā)展。

    模塊化技術(shù)

    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(guān)電源的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去，構(gòu)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(shè)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(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流、毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，有些制造商開發(fā)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(jīng)過嚴格合理的熱、電、機械方面的設(shè)計，達到優(yōu)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(tǒng)連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。<