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大功率的直流稳压电源技术主要体现在哪些关键点上

更新时间  2020-5-8 来源: 阅读 17

  上世纪六十年代,功率大的直流稳压电源的面世,使其逐渐替代了线形可调稳压电源和SCR相控开关电源。多年来,功率大的直流稳压电源技术性拥有飞迅发展趋势和转变,经历了输出功率集成电路工艺、高频率化和软电源开关技术性、功率大的直流稳压电源系统软件的集成化技术性三个发展趋势环节。输出功率集成电路工艺从双极型元器件(BPT、SCR、GTO)发展趋势为MOS型元器件(输出功率MOSFET、IGBT、IGCT等),使电力电子技术系统软件有可能完成高频率化,并大幅度减少通断耗损,电源电路也更加简易。
  自上世纪八十年代刚开始,高频率化和软电源开关技术性的开发设计科学研究,使输出功率变换器特性更强、净重更轻、规格更小。高频率化和软电源开关技术性是以往二十年国际性电力电子技术界科学研究的网络热点之一。上世纪90年代中后期,集成化电力电子技术系统软件和集成化电力电子技术控制模块(IPEM)技术性刚开始发展趋势,它是现如今国际性电力电子技术界急需解决的新难题之一。
  侧重点一:输出功率集成电路工艺特性1999年,Infineon企业发布冷MOS管,它选用“非常结”(Super-Junction)构造,故又称超结输出功率MOSFET。工作频率600V~800V,通态电阻器基本上减少了一个量级,仍维持电源开关速度更快的特性,是一种有发展前景的高频率输出功率集成电路工艺。IGBT刚出現时,工作电压、电流量额定电流只能600V、25A。较长一段时间内,抗压水准仅限于1200V~1700V,历经长期的探寻科学研究和改善,如今IGBT的工作电压、电流量额定电流已各自做到3300V/1200A和4500V/1800A,髙压IGBT片式抗压已做到6500V,一般IGBT的输出功率限制为20kHz~40kHz,根据穿通(PT)型构造运用新技术应用生产制造的IGBT,可工作中于155kHz(硬电源开关)和300kHz(软电源开关)。IGBT的技术性进度事实上是通态压力降,快速开关和高抗压工作能力三者的最合适的。伴随着加工工艺和结构形式的不一样,IGBT在二十年历史时间发展趋势过程中,有下列几类种类:穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和静电场截至(FS)型。
  碳化硅SiC是输出功率集成电路工艺芯片的理想化原材料,其优势是:禁网络带宽、操作温度高(达到600℃)、耐热性好、通态电阻器小、传热性能好、泄露电流很小、PN结抗压高等学校,有益于生产制造出耐热的高频率功率大的集成电路工艺。碳化硅将是二十一世纪最将会取得成功运用的新式输出功率集成电路工艺原材料。侧重点二:功率大的直流稳压电源功率提升功率大的直流稳压电源的功率,使之实用化、轻量,是大家持续勤奋追求完美的总体目标。开关电源的高频率是国际性电力电子技术界科学研究的网络热点之一。开关电源的实用化、缓解净重对携带式电子产品(如手机)至关重要。使功率大的直流稳压电源实用化的具体措施有:
  1、高频率化。以便完成开关电源高功率,务必提升PWM变换器的输出功率、进而减少电源电路中储能元器件的体积重量。
  2、运用压阻变电器。运用压阻变电器可使高频率输出功率变换器完成轻、小、薄和高功率。压阻变电器运用压电陶瓷片原材料独有的“工作电压-震动”转换和“震动-工作电压”转换的特性传输动能,其等效电路好似一个串联和并联耦合电路,是输出功率转换行业的科学研究网络热点之一。
  3、选用新式电力电容器。以便减少电力工程电子产品的容积和净重,务必想方设法改善电力电容器的特性,提升比能量,并科学研究开发设计合适于电力电子技术及开关电源系统软件用的新式电力电容器,规定容量大、等效电路串联电阻ESR小、体型小等。
  侧重点三:高频率磁与同步整流技术性开关电源系统软件中运用很多磁元器件,高频率磁元器件的原材料、构造和特性都有别于直流磁元器件,有很多难题必须科学研究。对高频率磁元器件常用永磁材料有以下规定:耗损小,热管散热特性好,磁使用性能。适用兆赫级頻率的永磁材料为大家所关心,纳米技术结晶体软磁材料也已开发设计运用。高频率化之后,以便提升功率大的直流电电源的效率,务必开发设计和运用软电源开关技术性。它是以往几十年国际性开关电源界的一个科学研究网络热点。针对低压、大电流量輸出的软电源开关变换器,进一步提高其高效率的对策是想方设法减少电源开关的通态耗损。比如同步整流SR技术性,既以输出功率MOS管反接做为整流器用开关二极管,替代萧特基二极管(SBD),可减少管压力降,进而提升电源电路高效率。
  侧重点四:遍布开关电源构造遍布开关电源系统软件合适于作为快速集成电路芯片构成的大中型服务中心(如图象处理站)、大中型数字电子互换系统软件等的开关电源,其优势是:可完成DC/DC变换器部件模块化设计;非常容易完成N+1输出功率数据冗余,提升系统可用性;便于增加负荷容积;可减少48V母线槽上的电流量和电流;非常容易保证热遍布匀称、有利于热管散热设计方案;瞬态回应好;可线上拆换无效控制模块等。如今遍布开关电源系统软件有二种结构特征,一是二级构造,另一种是三级构造。
  侧重点五:PFC变换器因为AC/DC转换电源电路的键入端有整流器元器件和滤波电容,在余弦工作电压键入时,单相电整流电源供电系统的电子产品,电力网侧(沟通交流键入端)功率因素仅为0.6~0.65。选用PFC(功率因素效正)变换器,网侧功率因素可提升到0.95~0.99,键入电流量THD低于10%。既整治了电力网的谐波电流环境污染,又提升了开关电源的总体高效率。这一技术性称之为数字功放功率因素效正APFC单相电APFC世界各国开发设计较早,技术性已较完善;三相APFC的拓扑种类和控制方法尽管早已有很多种多样,但也有待再次科学研究发展趋势。一般高功率因素AC/DC功率大的直流稳压电源,由二级拓扑构成,针对小输出功率AC/DC功率大的直流稳压电源而言,选用二级网络分类整体高效率低、成本增加。假如对键入端功率因素规定不非常高时,将PFC变换器和后续DC/DC变换器组成一个拓扑,组成单极高功率因素AC/DC功率大的直流稳压电源,仅用一个电源总开关管,可使功率因素效正到0.8之上,并使輸出直流电电压可调,这类网络分类称之为多管单极即S4PFC变换器。
  侧重点六:电压调节器控制模块VRM电压调节器控制模块是一类低压、大电流量輸出DC-DC变换器控制模块,向微控制器出示开关电源。如今数据处理系统的速率和高效率日渐提升,为减少微控制器IC的场强和功率,务必减少逻辑性工作电压,新一代微控制器的逻辑性工作电压已减少至1V,而电流量则达到50A~100A,因此对VRM的规定是:输出电压很低、輸出电流量大、电流量变化率高、快速响应等。
  侧重点七:全智能化操纵开关电源的操纵早已由仿真模拟操纵,变位系数混和操纵,进到到全计算机控制环节。全计算机控制是一个新的发展趋向,早已在很多输出功率转换机器设备中获得运用。可是以往计算机控制在DC/DC变换器选用得较少。近几年来,开关电源的性能卓越全计算机控制集成ic早已开发设计,花费也已降至较为有效的水准,殴美现有好几家企业开发设计并生产制造出电源开关变换器的计算机控制集成ic及手机软件。
  全计算机控制的优势是:模拟信号与混和变位系数数据信号对比能够 校准更小的量,集成ic价钱也更便宜;对电流量检验偏差能够 开展精准的大数字效正,工作电压检验也更精准;能够 完成迅速,灵便的操纵设计方案。
  侧重点八:电磁兼容测试性高频率功率大的直流稳压电源的电磁兼容测试EMC难题有其独特性。功率半导体开关管在电源开关全过程中造成的di/dt和dv/dt,造成强劲的传输干扰信号和谐波电流影响。一些状况还会继续造成强磁场(一般是线下)辐射源。不仅比较严重环境污染周边电磁感应自然环境,对周边的电器设备导致干扰信号,还将会严重危害周边实际操作工作人员的安全性。另外,电力工程电子线路(如电源开关变换器)內部的控制回路也务必能承担电源开关姿势造成的EMI及运用当场电磁感应噪音的影响。所述独特性,再再加EMI精确测量上的实际艰难,在电力电子技术的电磁兼容测试行业里,存有着很多交*科学研究的前沿课题研究尚需大家科学研究。

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