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探秘 高功率密度模块电源应用了哪些新技术

2015-08-14 09:33 来源:电源网 编辑:柚子

高功率密度的模块电源产品目前在供电系统中的应用范围非常广泛,最近几年中也已经开始出现了逐步取代小功率电源模块主导地位的趋势。和以往的体积笨重、性能一般的大功率模块电源相比,以半砖、全砖封装形式为代表的高功率密度模块电源,具有体积小、效率高、温升低等独特优势。那么,这些优势又是依靠哪些新型技术达到的呢?就让我们一起来看看吧。

采用先进的同步整流技术代替普通二极管整流技术

传统的大功率电源模块中所使用的整流方案为二极管整流,低压条件下一般采用肖特基二极管,和其他二极管整流器件相比它具有开关速度快,正向压降小的特点,但是正向压降也有0.5~0.6V,且反向漏电流较大,同步整流技术采用低导通电阻,低耐压的场效应管(MOSFET)代替普通二极管整流,由于同步整流MOSFET具有导通电阻低、阻断时漏电流小、开关频率高的特点,因而可以大大减小整流部分的开关损耗,系统效率明显提高。

采用软开关架构,减小开关损耗,提高可靠性

在软开关的启动方式被研发成功之前,一般的电源模块PWM方式开关均为硬开关,开关过程dv/dt和di/dt都比较大,因而开关损耗大、冲击大,对其使用寿命的损害相当大。目前国内半砖、全砖形势的高功率密度电源模块基本上都已经采用ZVS(零电压方式)和ZCS(零电流方式)开关架构,这种软开关的启动方式可以使开关过程更加平滑,损耗和冲击更小,因而可以降低开关管结温从而大大提高其工作寿命,另外高频开关本身也是模块电源中一个主要的噪声源,大的dv/dt和di/dt都会在输入输出的信号频谱上有所反映,采用软开关技术后,dv/dt和di/dt大大减小,系统本身也获得了较好的电磁兼容性(EMC)。

合理的变压器材料选用和工艺结构设计

在正常的系统运行过程中,模块电源变压器的损耗也是一个比较重要的损耗部分,变压器的损耗主要包括两部分:铁损和铜损。为了减小铁损,国内的高功率密度电源模块已经普遍开始选择高频特性好、转换损耗小、形状合理、结构紧凑的新型纳米芯磁芯材料。除了磁材以外,绕组设计也很重要,不仅对铜损有影响,而且关系到绕组间的耦合,对铁损也有一定影响,关于这一部分的设计,不同的厂商针对其产品特性有不同的设计方案,在这里不做过多赘述。

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