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提高電源功率密度的方向在哪?

發(fā)布時間:2015-09-17 責任編輯:sherry

【導讀】隨著電子集成化的發(fā)展,器件、設備小型化的趨勢越來越明顯,對電源而言也是如此。高功率密度、小型化、輕薄化、片式化一直是電源技術發(fā)展的方向。那么,電源的小型化主要由哪些因素決定呢?
 
1、工作頻率
 
提高開關電源工作頻率——高頻功率半導體器件:工作頻率的提高可以提高功率密度。在相同的指標要求下,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關頻率的不斷提高,開關元件和無源元件的損耗也增加,高頻寄生參數以及高頻EMI等新的問題也隨之產生。
 
在以往的開關電源中,變壓器的體積往往占據了整個電源體積的大半部分,其實提高工作頻率對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是開關頻率;PO是額定輸出功率。
 
可以看出磁芯的體積與開關頻率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,對比一下相同功率下的工頻變壓器,你會發(fā)現(xiàn)體積相差之大。
 
2、采用新型變壓器
 
隨著工藝技術的提高,為進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現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度。平面磁芯開發(fā)成功,可實現(xiàn)平面化的變壓器設計。由于平面變壓器要求磁芯、繞組是平面結構,所以應該采用多層PCB繞組。平面變壓器的特點是高頻,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”變換和“振動-電壓”變換的性質傳送能量,其等效電路如同一個串并聯(lián)諧振電路,是功率變換領域的研究和應用的熱點之一。
【導讀】隨著電子集成化的發(fā)展,器件、設備小型化的趨勢越來越明顯,對電源而言也是如此。高功率密度、小型化、輕薄化、片式化一直是電源技術發(fā)展的方向。那么,電源的小型化主要由哪些因素決定呢?  1、工作頻率  提高開關電源工作頻率——高頻功率半導體器件:工作頻率的提高可以提高功率密度。在相同的指標要求下,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關頻率的不斷提高,開關元件和無源元件的損耗也增加,高頻寄生參數以及高頻EMI等新的問題也隨之產生。  在以往的開關電源中,變壓器的體積往往占據了整個電源體積的大半部分,其實提高工作頻率對減小變壓器的體積是非常明顯的。  變壓器的有效體積: 1 其中r是電流紋波率,即r=△I/IDC;f是開關頻率;PO是額定輸出功率。  可以看出磁芯的體積與開關頻率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,對比一下相同功率下的工頻變壓器,你會發(fā)現(xiàn)體積相差之大。  2、采用新型變壓器  隨著工藝技術的提高,為進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現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度。平面磁芯開發(fā)成功,可實現(xiàn)平面化的變壓器設計。由于平面變壓器要求磁芯、繞組是平面結構,所以應該采用多層PCB繞組。平面變壓器的特點是高頻,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”變換和“振動-電壓”變換的性質傳送能量,其等效電路如同一個串并聯(lián)諧振電路,是功率變換領域的研究和應用的熱點之一。 2 3、 模塊化和集成化  大量的無源器件增加了電源的體積,如果我們能將這些無源器件集成在一起,不僅可以減小電源的體積也可以大大降低電源的成本,從而擴大利潤。將電源系統(tǒng)集成在一個芯片上,就可以使電源產品更為緊湊,體積更小,同時也減小了引線長度,從而減小了寄生參數。低溫共燒陶瓷(LTCC)集成技術已成為無源集成的主流技術。應用LTCC技術將電源電路中的無源器件內埋,并集成在一起,又由于在LTCC技術的基礎上,可以進行三維的電路設計,從而降低電源電路的體積,同時無源器件的集成內埋,使得安裝成本也相應的減少,一舉兩得。此外,還可以在元件選型和PCB布局上考慮,簡化電路,選用小封裝的元器件,進行合理緊湊的PCB Layout布局,從而進一步縮小電源的體積。
3、 模塊化和集成化
 
大量的無源器件增加了電源的體積,如果我們能將這些無源器件集成在一起,不僅可以減小電源的體積也可以大大降低電源的成本,從而擴大利潤。將電源系統(tǒng)集成在一個芯片上,就可以使電源產品更為緊湊,體積更小,同時也減小了引線長度,從而減小了寄生參數。低溫共燒陶瓷(LTCC)集成技術已成為無源集成的主流技術。應用LTCC技術將電源電路中的無源器件內埋,并集成在一起,又由于在LTCC技術的基礎上,可以進行三維的電路設計,從而降低電源電路的體積,同時無源器件的集成內埋,使得安裝成本也相應的減少,一舉兩得。此外,還可以在元件選型和PCB布局上考慮,簡化電路,選用小封裝的元器件,進行合理緊湊的PCB Layout布局,從而進一步縮小電源的體積。
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