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开关电源发展趋势有哪些

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开关电源发展趋势有哪些

发布日期:2020-07-11 作者: 点击:

大功率开关电源一直是电子行业里非常热门的技术,虽然它的性能并不能对我们日常生活的改变带来天翻地覆的变化,而它的发展趋势又是电子产品设计师和商家所关注的问题之一,新的产品必然会带动更多的商家订单和客户消费。根据市场开关电源的现状和发展,总结出五大设计性能焦点,下面一一为大家解析。

大功率开关电源

一、高频磁与同步整流技术的革新

在电源系统中我们会应用大量磁元件,高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件,有许多问题需要研究。而我们在性能上对高频磁元件所用磁性材料有一定的要求,其中损耗小,散热性能好是基本的要求,只有达到这样的标准才能做到产品的优化,磁性能才会优越。适用于兆赫级频率的磁性材料是用户的一大关注点,纳米结晶软磁材料也已得到开发应用。

然后在拥有了高频化技术之后,提高开关电源的效率是技术的另一难题,这就要求我们技术设计人员必须开发和应用软开关技术。而这种软开关技术的研究已经成为行业的多年来的科研热点,得到越来越多的设计者们的关注。

二、提高大功率开关电源的功率密度,使之小型化、轻量化,是设计者的关注之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话,数字相机等)尤为重要,设计者们将通过三种方案来做到降低开关电源的功率密度。

第一种方案是实现高频化。为了实现电源高功率密度,必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。

第二种方案是采用新型电容器。减小电力电子设备的体积和重量,必须设法改进电容器的性能,提高能量密度,并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器,要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小,做到新型电容器的体积缩小作用。

开关电源技术

三、功率半导体器件性能

我们看到的IGBT技术进展实际上是通态压降,快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同,IGBT在20年历史发展进程中,分别是穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。

碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料,其优点是:禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等,有利于制造出耐高温的高频大功率半导体电子元器件。由此我们不难看出碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料,它的出现将大大改进我们原有的产品设计性能。

四、分布电源结构

在说到分布电源结构之前我们先说一下分布电源系统, 现在分布电源系统有两种结构类型有两级结构和三级结构两种类型。分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站、大型数字电子交换系统等的电源,它有着可实现DC/DC变换器组件模块化、容易实现N+1功率冗余、易于扩增负载容量、可降低48V母线上的电流和电压降、容易做到热分布均匀、便于散热设计、瞬态响应好,可在线更换失效模块等优点。

功率器件性能

五、PFC变换器

由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容,在正弦电压输入时,单相整流电源供电的电子设备,电网侧(交流输入端)功率因数仅为0.6~0.65。采用PFC(功率因数校正)变换器,网侧功率因数可提高到0.95~0.99,输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染,又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相APFC国内外开发较早,技术已较成熟;三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种,但还有待继续研究发展。

一般高功率因数AC/DC开关电源,由两级拓扑组成,对于小功率AC/DC开关电源来说,采用两级拓扑结构总体效率低、成本高。

如果对输入端功率因数要求不特别高时,将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑,构成单级高功率因数AC/DC开关电源,只用一个主开关管,可使功率因数校正到0.8以上,并使输出直流电压可调,调整后的直流电压就促进了PFC变换器的应用性能,最终实现总体的效率提高,成本降低。

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关键词:大功率开关电源,开关电源技术,功率器件性能

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