開關電源技術的發(fā)展趨勢及方向
開關電源是利操控開關管注冊和關斷的時刻比率，維持安穩(wěn)輸出電壓的一種電源。開關電源是相關于線性電源來說的。開關電源通常由脈沖寬度調制（PWM）操控IC和MOS管構成。如今，開關電源以小型、輕量和高功率的特色被廣泛運用通訊、電力、醫(yī)療、工控軍工等幾乎一切設備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速開展必不可缺少的一種電源辦法。
開關電源的變壓器的磁芯巨細與他的作業(yè)頻率的平方成反比，頻率越高鐵心越小。這么就能夠大大減小變壓器，使電源減輕分量和體積。并且由于它直接操控直流，使這種電源的功率比線性電源高許多。這么就節(jié)省了動力，因而它很遭到大家的喜愛。但是開關電源也有它的缺陷，即是電路雜亂，修理艱難，對電路的污染嚴峻。電源噪聲大，不適合用于某些低噪聲電路。
第一個趨勢：開關電源商品現(xiàn)已開始吹響數(shù)字化的號角。咱們所知的一切電子模仿電路系統(tǒng)中，像網(wǎng)絡、電視、音頻、視頻等范疇都逐漸完成了數(shù)字化，而開關電源范疇可算是少數(shù)不幸的沒有完成數(shù)字化的了。當然這些年，數(shù)字電源的研討氣勢不減，效果也不斷添加。在電源數(shù)字化方面走在前面的公司有Microchip和TI。TI公司現(xiàn)已用TMS320C28F10制成了通訊用的48V輸出大功率電源模塊，其間PFC和PWM有些完全為數(shù)字式操控。如今，TI公司現(xiàn)已研制出了多款數(shù)字式PWM操控芯片，它們將變成下一代數(shù)字電源的探路者。如今在電源范疇里的競賽首要仍是功能報價的競賽，所以數(shù)字電源還有很長的路要走，但是電源范疇的數(shù)字化的號角現(xiàn)已吹響了。
第二個趨勢：這些年， DC/DC電源商品的非阻隔技能開展迅速，非阻隔是相對傳統(tǒng)的阻隔電源商品而言的。舉個簡略比如：如臺式PC機就請求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四種電壓以及待機的+5V電壓，主機板上則需求2.5V、1.8V、1.5V等，但是一套AC/DC中不可能給出這么多的電壓輸出，因而開發(fā)者便推出了許多非阻隔的DC/DC，有大電流的也有小電流的，他們首要是要運用到一些有很多的電壓輸出的歸納性板卡上面，而各電壓之間又不需求阻隔的運用場合。依據(jù)輸出電流的巨細，分為單相、兩相及多相。操控辦法上以PWM為主，少有些為PFM。在非阻隔的DC/DC改換技能中，TI公司的預檢查柵驅動技能選用數(shù)字技能操控同步BUCK，選用這種技能的DC/DC改換功率最高能夠到達97%，其間TPS40071等是其代表商品。BOOST升壓辦法也呈現(xiàn)了選用MOSFET替代二極管的同步BOOST的商品。在低壓范疇，添加功率的起伏很大，并且正在設法進一步消除MOSFET的體二極管的導通及反向恢復疑問。
第三個趨勢：同步整流技能的遍及運用及高效施行。上世紀90年代晚期同步整流技能誕生以來，開關電源技能得到了極大的開展，選用IC操控技能的同步整流計劃現(xiàn)已為研制工程師遍及承受，如今的同步整流技能都在努力完成ZVS、ZCS辦法的同步整流。
從2002年美國銀河公司宣布了ZVS同步整流技能以后，如今現(xiàn)已得到了廣泛運用。這種辦法的同步整流系奇妙地將二次側驅動同步整流的脈沖信號調為比一次側的PWM脈沖信號的上升沿超前，降低沿滯后的辦法完成了同步整流MOS的ZVS辦法作業(yè)。最新面世的雙輸出式PWM操控IC幾乎都在操控邏輯內添加了對二次側完成ZVS同步整流的操控端子在非對稱的開關電源電路拓撲中，特別是關于功能杰出的正激電路或正激有源箝位電路，在二次側的同步整流中，為了完成ZVS辦法的同步整流，消除MOSFET體二極管的導通損耗和反向恢復時刻帶來的損耗，TI公司的專利技能"預檢查柵驅動技能"在操控芯片中添加了很多的數(shù)字操控技能，正激電路同步整流的操控芯片UCC27228的誕生使正激電路的功率到達了史無前例的高功率。再配合好初級側的有源箝位技能以后，使這種最新的電路模式既做到了初級側的軟開關ZVS辦法作業(yè)，又處理了磁芯復位及能量回饋，減輕了功率MOSFET的電壓應力，還做到了二次側的ZVS最好狀況的同步整流，歸納運用這兩項技能的中小功率的DC/DC改換器，其功率都在94%以上，功率密度也都能到達200W/in以上。
第四個趨勢：初級PWM操控IC不斷優(yōu)化，有源箝位技能歷經(jīng)十余年經(jīng)久不衰，自從2002年VICOR公司此項專利技能到期解禁以后，各家公司開發(fā)的新式有源箝位操控IC如雨后春筍般出現(xiàn)，給用戶供給了充分的挑選。操控前期有源箝位操控技能的TI，不僅保持了原有的UCC3580系列，又新開發(fā)了功能更優(yōu)越的UCC2891-94，它選用電流型操控辦法，歸納了高邊箝位、低邊箝位兩種操控計劃，給出了全新的操控技巧。最新的科技效果應該是INTERSIL公司推出的PWM對稱全橋的ZVS操控IC-ISL6752。它既能操控初級側的四個MOS開關為ZVS作業(yè)狀況，又能精確地給出操控二次側的同步整流為ZVS作業(yè)狀況的驅動信號。選用這顆IC制作的400W的DC/DC再加上領先的功率MOSFET，改換功率可到達95%。開關電源設計時能夠挑選最好操控辦法和最好電路拓撲。大功率應該是全橋ZVS加上二次側ZVS同步整流，典型操控IC是ISL6752；中等功率到小功率應該是有源箝位正激改換ZVS軟開關配上二次側的預檢查柵驅動技能的同步整流；而小功率應該是配好同步整流的反激改換。當然，這兒沒有肯定的邊界，僅僅不一樣的條件下應該有相應的最好挑選。
綜上所述，咱們得知開關電源的開展目標是低耗、低噪聲、抗干擾、高牢靠、和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技能是高頻化，因而國外各大開關電源制作商都致力于同步開發(fā)新式高智能化的元器材，特別是改善二次整流器材的損耗，并在磁芯資料上面加大科技立異力度，以進步在高頻率和較大磁通密度取得高的磁功能。頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的運用范疇，特別是在高新技能范疇的運用，推動了高新技能商品的小型化、簡便化。別的開關電源的開展與運用在節(jié)省動力、節(jié)省資本及保護環(huán)境方面都具有主要的含義。
開關電源的變壓器的磁芯巨細與他的作業(yè)頻率的平方成反比，頻率越高鐵心越小。這么就能夠大大減小變壓器，使電源減輕分量和體積。并且由于它直接操控直流，使這種電源的功率比線性電源高許多。這么就節(jié)省了動力，因而它很遭到大家的喜愛。但是開關電源也有它的缺陷，即是電路雜亂，修理艱難，對電路的污染嚴峻。電源噪聲大，不適合用于某些低噪聲電路。
第一個趨勢：開關電源商品現(xiàn)已開始吹響數(shù)字化的號角。咱們所知的一切電子模仿電路系統(tǒng)中，像網(wǎng)絡、電視、音頻、視頻等范疇都逐漸完成了數(shù)字化，而開關電源范疇可算是少數(shù)不幸的沒有完成數(shù)字化的了。當然這些年，數(shù)字電源的研討氣勢不減，效果也不斷添加。在電源數(shù)字化方面走在前面的公司有Microchip和TI。TI公司現(xiàn)已用TMS320C28F10制成了通訊用的48V輸出大功率電源模塊，其間PFC和PWM有些完全為數(shù)字式操控。如今，TI公司現(xiàn)已研制出了多款數(shù)字式PWM操控芯片，它們將變成下一代數(shù)字電源的探路者。如今在電源范疇里的競賽首要仍是功能報價的競賽，所以數(shù)字電源還有很長的路要走，但是電源范疇的數(shù)字化的號角現(xiàn)已吹響了。
第二個趨勢：這些年， DC/DC電源商品的非阻隔技能開展迅速，非阻隔是相對傳統(tǒng)的阻隔電源商品而言的。舉個簡略比如：如臺式PC機就請求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四種電壓以及待機的+5V電壓，主機板上則需求2.5V、1.8V、1.5V等，但是一套AC/DC中不可能給出這么多的電壓輸出，因而開發(fā)者便推出了許多非阻隔的DC/DC，有大電流的也有小電流的，他們首要是要運用到一些有很多的電壓輸出的歸納性板卡上面，而各電壓之間又不需求阻隔的運用場合。依據(jù)輸出電流的巨細，分為單相、兩相及多相。操控辦法上以PWM為主，少有些為PFM。在非阻隔的DC/DC改換技能中，TI公司的預檢查柵驅動技能選用數(shù)字技能操控同步BUCK，選用這種技能的DC/DC改換功率最高能夠到達97%，其間TPS40071等是其代表商品。BOOST升壓辦法也呈現(xiàn)了選用MOSFET替代二極管的同步BOOST的商品。在低壓范疇，添加功率的起伏很大，并且正在設法進一步消除MOSFET的體二極管的導通及反向恢復疑問。
第三個趨勢：同步整流技能的遍及運用及高效施行。上世紀90年代晚期同步整流技能誕生以來，開關電源技能得到了極大的開展，選用IC操控技能的同步整流計劃現(xiàn)已為研制工程師遍及承受，如今的同步整流技能都在努力完成ZVS、ZCS辦法的同步整流。
從2002年美國銀河公司宣布了ZVS同步整流技能以后，如今現(xiàn)已得到了廣泛運用。這種辦法的同步整流系奇妙地將二次側驅動同步整流的脈沖信號調為比一次側的PWM脈沖信號的上升沿超前，降低沿滯后的辦法完成了同步整流MOS的ZVS辦法作業(yè)。最新面世的雙輸出式PWM操控IC幾乎都在操控邏輯內添加了對二次側完成ZVS同步整流的操控端子在非對稱的開關電源電路拓撲中，特別是關于功能杰出的正激電路或正激有源箝位電路，在二次側的同步整流中，為了完成ZVS辦法的同步整流，消除MOSFET體二極管的導通損耗和反向恢復時刻帶來的損耗，TI公司的專利技能"預檢查柵驅動技能"在操控芯片中添加了很多的數(shù)字操控技能，正激電路同步整流的操控芯片UCC27228的誕生使正激電路的功率到達了史無前例的高功率。再配合好初級側的有源箝位技能以后，使這種最新的電路模式既做到了初級側的軟開關ZVS辦法作業(yè)，又處理了磁芯復位及能量回饋，減輕了功率MOSFET的電壓應力，還做到了二次側的ZVS最好狀況的同步整流，歸納運用這兩項技能的中小功率的DC/DC改換器，其功率都在94%以上，功率密度也都能到達200W/in以上。
第四個趨勢：初級PWM操控IC不斷優(yōu)化，有源箝位技能歷經(jīng)十余年經(jīng)久不衰，自從2002年VICOR公司此項專利技能到期解禁以后，各家公司開發(fā)的新式有源箝位操控IC如雨后春筍般出現(xiàn)，給用戶供給了充分的挑選。操控前期有源箝位操控技能的TI，不僅保持了原有的UCC3580系列，又新開發(fā)了功能更優(yōu)越的UCC2891-94，它選用電流型操控辦法，歸納了高邊箝位、低邊箝位兩種操控計劃，給出了全新的操控技巧。最新的科技效果應該是INTERSIL公司推出的PWM對稱全橋的ZVS操控IC-ISL6752。它既能操控初級側的四個MOS開關為ZVS作業(yè)狀況，又能精確地給出操控二次側的同步整流為ZVS作業(yè)狀況的驅動信號。選用這顆IC制作的400W的DC/DC再加上領先的功率MOSFET，改換功率可到達95%。開關電源設計時能夠挑選最好操控辦法和最好電路拓撲。大功率應該是全橋ZVS加上二次側ZVS同步整流，典型操控IC是ISL6752；中等功率到小功率應該是有源箝位正激改換ZVS軟開關配上二次側的預檢查柵驅動技能的同步整流；而小功率應該是配好同步整流的反激改換。當然，這兒沒有肯定的邊界，僅僅不一樣的條件下應該有相應的最好挑選。
綜上所述，咱們得知開關電源的開展目標是低耗、低噪聲、抗干擾、高牢靠、和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技能是高頻化，因而國外各大開關電源制作商都致力于同步開發(fā)新式高智能化的元器材，特別是改善二次整流器材的損耗，并在磁芯資料上面加大科技立異力度，以進步在高頻率和較大磁通密度取得高的磁功能。頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的運用范疇，特別是在高新技能范疇的運用，推動了高新技能商品的小型化、簡便化。別的開關電源的開展與運用在節(jié)省動力、節(jié)省資本及保護環(huán)境方面都具有主要的含義。
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