高频化数字化成未来开关电源发展方向

华强电子网 2012-03-29 a:194:{i:0;s:6:"中国";i:1;s:12:"开关电源";i:2;s:12

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压及电流的一种电源。根据国际知名调查机构DATABEANS统计数据，从2004年至2010年每年全球开关电源市场销售额平均保持了15%左右的幅度增长，到2010年约为120亿美元的销售额。

我国开关电源行业起步于1970 年代末期，目前已成为开关电源最主要的生产国和消费国。根据《UPS应用》杂志的相关统计数据，2003年以来，中国电源市场始终总体保持稳定发展态势。2008年中国电源产品产量3163万台，同比增长5.7%，销售额为165.67亿元，同比增长6.2%。随着科学技术的不断进步，目前开关电源也进入到一个全新的发展阶段。高频化﹑数字化﹑软开关等技术也将会成为未来开关电源的发展趋势。

1、高频化技术

随着开关频率的提高，开关变换器的体积也随之减少，功率密度也得到大幅提升，动态响应得到改善。小功率DC/DC变换器的开关频率将上升到MHz。但随着开关频率的不断提高，开关元件和无源元件损耗的增加、高频寄生参数以及高频EMI等新的问题也将随之产生。

2、数字化技术

在传统功率电子技术中，控制部分是按模拟信号来设计和工作。目前，在整个的电子模拟电路系统中，电视、音响设备、照片处理、通讯、网络等都逐步实现了数字化，而最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来，数字电源的研究势头不减，成果也越来越多。在电源数字化方面走在前面的公司主要有TI和Microchip。

3、软开关技术

为提高变换器的变换效率，各种软开关技术应用而生，具有代表性的是无源软开关技术和有源软开关技术，主要包括零电压开关/零电流开关(ZVS/ZCS)谐振、准谐振、零电压/零电流脉宽调制技术(ZVS/ZCS-PWM)以及零电压过渡/零电流过渡脉宽调制(ZVT/ZCT-PWM)技术等。采用软开关技术可以有效地降低开关损耗和开关应力，有助于变换器变换效率的提高。

4、功率因数校正技术(PFC)

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20%。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。目前PFC技术主要分为有源PFC技术和无源PFC技术两大类，采用PFC技术可以提高AC/DC变化器输入端功率因数，减少对电网的谐波污染，但还有待继续研究发展。

5、模块化技术

模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。近年来，有些公司把开关电源的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块(IPM)，不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流、毛刺)。为了提高系统的可靠性，有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM)，它把一台整机的所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，这样的模块经过严格合理的热、电、机械方面的设计，达到优化完美的境地。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。（责编：叶松柏）