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      功率大的直流穩壓電源技術性關鍵點在哪兒?

      更新時間  2020-4-23 來源: 閱讀 228



      上世紀六十年代,功率大的直流穩壓電源的面世,使其逐漸替代了線形可調穩壓電源和SCR相控開關電源。40很多年來,功率大的直流穩壓電源技術性擁有飛迅發展趨勢和轉變,經歷了輸出功率集成電路工藝、高頻率化和軟電源開關技術性、功率大的直流穩壓電源系統軟件的集成化技術性三個發展趨勢環節。輸出功率集成電路工藝從雙極型元器件(BPT、SCR、GTO)發展趨勢為MOS型元器件(輸出功率MOSFET、IGBT、IGCT等),使電力電子技術系統軟件有可能完成高頻率化,并大幅度減少通斷耗損,電源電路也更加簡易。自上世紀八十年代剛開始,高頻率化和軟電源開關技術性的開發設計科學研究,使輸出功率變換器特性更強、凈重更輕、規格更小。高頻率化和軟電源開關技術性是以往二十年國際性電力電子技術界科學研究的網絡熱點之一。

      上世紀90年代中后期,集成化電力電子技術系統軟件和集成化電力電子技術控制模塊(IPEM)技術性剛開始發展趨勢,它是現如今國際性電力電子技術界急需解決的新難題之一。側重點一:輸出功率集成電路工藝特性1999年,Infineon企業發布冷MOS管,它選用“非常結”(Super-Junction)構造,故又稱超結輸出功率MOSFET。工作頻率600V~800V,通態電阻器基本上減少了一個量級,仍維持電源開關速度更快的特性,是一種有發展前景的高頻率輸出功率集成電路工藝。IGBT剛出現時,工作電壓、電流量額定電流只能600V、25A。較長一段時間內,抗壓水準僅限于1200V~1700V,歷經長期的探尋科學研究和改善,如今IGBT的工作電壓、電流量額定電流已各自做到3300V/1200A和4500V/1800A,髙壓IGBT片式抗壓已做到6500V,一般IGBT的輸出功率限制為20kHz~40kHz,根據穿通(PT)型構造運用新技術應用生產制造的IGBT,可工作中于155kHz(硬電源開關)和300kHz(軟電源開關)。IGBT的技術性進度事實上是通態壓力降,快速開關和高抗壓工作能力三者的最合適的。伴隨著加工工藝和結構形式的不一樣,IGBT在二十年歷史時間發展趨勢過程中,有下列幾類種類:穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、軟穿通(SPT)型、溝漕型和靜電場截至(FS)型。

      碳化硅SiC是輸出功率集成電路工藝芯片的理想化原材料,其優勢是:禁網絡帶寬、操作溫度高(達到600℃)、耐熱性好、通態電阻器小、傳熱性能好、泄露電流很小、PN結抗壓高等學校,有益于生產制造出耐熱的高頻率功率大的集成電路工藝。能夠 預料,碳化硅將是二十一世紀最將會取得成功運用的新式輸出功率集成電路工藝原材料。側重點二:功率大的直流穩壓電源功率提升功率大的直流穩壓電源的功率,使之實用化、輕量,是大家持續勤奮追求完美的總體目標。開關電源的高頻率是國際性電力電子技術界科學研究的網絡熱點之一。開關電源的實用化、緩解凈重對攜帶式電子產品(如移動手機,數字相機等)至關重要。使功率大的直流穩壓電源實用化的具體措施有:一是高頻率化。以便完成開關電源高功率,務必提升PWM變換器的輸出功率、進而減少電源電路中儲能元器件的體積重量。二是運用壓阻變電器。運用壓阻變電器可使高頻率輸出功率變換器完成輕、小、薄和高功率。壓阻變電器運用壓電陶瓷片原材料獨有的“工作電壓-震動”轉換和“震動-工作電壓”轉換的特性傳輸動能,其等效電路好似一個串聯和并聯耦合電路,是輸出功率轉換行業的科學研究網絡熱點之一。三是選用新式電力電容器。以便減少電力工程電子產品的容積和凈重,務必想方設法改善電力電容器的特性,提升比能量,并科學研究開發設計合適于電力電子技術及開關電源系統軟件用的新式電力電容器,規定容量大、等效電路串聯電阻ESR小、體型小等。側重點三:高頻率磁與同步整流技術性開關電源系統軟件中運用很多磁元器件,高頻率磁元器件的原材料、構造和特性都有別于直流磁元器件,有很多難題必須科學研究。

      對高頻率磁元器件常用永磁材料有以下規定:耗損小,熱管散熱特性好,磁使用性能。適用兆赫級頻率的永磁材料為大家所關心,納米技術結晶體軟磁材料也已開發設計運用。高頻率化之后,以便提升功率大的直流電電源的效率,務必開發設計和運用軟電源開關技術性。它是以往幾十年國際性開關電源界的一個科學研究網絡熱點。針對低壓、大電流量輸出的軟電源開關變換器,進一步提高其高效率的對策是想方設法減少電源開關的通態耗損。比如同步整流SR技術性,既以輸出功率MOS管反接做為整流器用開關二極管,替代蕭特基二極管(SBD),可減少管壓力降,進而提升電源電路高效率。側重點四:遍布開關電源構造遍布開關電源系統軟件合適于作為快速集成電路芯片構成的大中型服務中心(如圖象處理站)、大中型數字電子互換系統軟件等的開關電源,其優勢是:可完成DC/DC變換器部件模塊化設計;非常容易完成N+1輸出功率數據冗余,提升系統可用性;便于增加負荷容積;可減少48V母線槽上的電流量和電流;非常容易保證熱遍布勻稱、有利于熱管散熱設計方案;瞬態回應好;可線上拆換無效控制模塊等。如今遍布開關電源系統軟件有二種結構特征,一是二級構造,另一種是三級構造。側重點五:PFC變換器因為AC/DC轉換電源電路的鍵入端有整流器元器件和濾波電容,在余弦工作電壓鍵入時,單相電整流電源供電系統的電子產品,電力網側(溝通交流鍵入端)功率因素僅為0.6~0.65。選用PFC(功率因素效正)變換器,網側功率因素可提升到0.95~0.99,鍵入電流量THD低于10%。既整治了電力網的諧波電流環境污染,又提升了開關電源的總體高效率。這一技術性稱之為數字功放功率因素效正APFC單相電APFC世界各國開發設計較早,技術性已較完善;三相APFC的拓撲種類和控制方法盡管早已有很多種多樣,但也有待再次科學研究發展趨勢。一般高功率因素AC/DC功率大的直流穩壓電源,由二級拓撲構成,針對小輸出功率AC/DC功率大的直流穩壓電源而言,選用二級網絡分類整體高效率低、成本增加。假如對鍵入端功率因素規定不非常高時,將PFC變換器和后續DC/DC變換器組成一個拓撲,組成單極高功率因素AC/DC功率大的直流穩壓電源,僅用一個電源總開關管,可使功率因素效正到0.8之上,并使輸出直流電電壓可調,這類網絡分類稱之為多管單極即S4PFC變換器。側重點六:電壓調節器控制模塊VRM電壓調節器控制模塊是一類低壓、大電流量輸出DC-DC變換器控制模塊,向微控制器出示開關電源。

      如今數據處理系統的速率和高效率日漸提升,為減少微控制器IC的場強和功率,務必減少邏輯性工作電壓,新一代微控制器的邏輯性工作電壓已減少至1V,而電流量則達到50A~100A,因此對VRM的規定是:輸出電壓很低、輸出電流量大、電流量變化率高、快速響應等。側重點七:全智能化操縱開關電源的操縱早已由仿真模擬操縱,變位系數混和操縱,進到到全計算機控制環節。全計算機控制是一個新的發展趨向,早已在很多輸出功率轉換機器設備中獲得運用??墒且酝嬎銠C控制在DC/DC變換器選用得較少。近幾年來,開關電源的性能卓越全計算機控制集成ic早已開發設計,花費也已降至較為有效的水準,毆美現有好幾家企業開發設計并生產制造出電源開關變換器的計算機控制集成ic及手機軟件。

       

      全計算機控制的優勢是:模擬信號與混和變位系數數據信號對比能夠 校準更小的量,集成ic價錢也更便宜;對電流量檢驗偏差能夠 開展精準的大數字效正,工作電壓檢驗也更精準;能夠 完成迅速,靈便的操縱設計方案。側重點八:電磁兼容測試性高頻率功率大的直流穩壓電源的電磁兼容測試EMC難題有其獨特性。功率半導體開關管在電源開關全過程中造成的di/dt和dv/dt,造成強勁的傳輸干擾信號和諧波電流影響。一些狀況還會繼續造成強磁場(一般是線下)輻射源。不僅比較嚴重環境污染周邊電磁感應自然環境,對周邊的電器設備導致干擾信號,還將會嚴重危害周邊實際操作工作人員的安全性。另外,電力工程電子線路(如電源開關變換器)內部的控制回路也務必能承擔電源開關姿勢造成的EMI及運用當場電磁感應噪音的影響。所述獨特性,再再加EMI精確測量上的實際艱難,在電力電子技術的電磁兼容測試行業里,存有著很多交*科學研究的最前沿課題研究尚需大家科學研究。

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