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模塊電源技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
來源: | 作者:pmoaf1d4f | 發(fā)布時間: 2017-04-27 | 7401 次瀏覽 | 分享到:

  二次集成和封裝技術(shù)——為提高功率密度,近年開發(fā)的模塊電源無一例外采用表面貼裝技術(shù)。由于模塊電源的發(fā)熱量嚴重,采用表面貼裝技術(shù)一定要注意貼片器件和基板之間的熱匹配,為了簡化這些問題,最近出現(xiàn)了MLP(Multilayer Polymer)片狀電容,它的溫度膨脹系數(shù)和銅、環(huán)氧樹脂填充劑以及FR4 PCB板都很接近,不易出現(xiàn)象鉭電容和磁片電容那樣因溫度變化過快而引起電容失效的問題。另外為進一步減小體積,二次集成技術(shù)發(fā)展也很快,它是直接購置裸芯片,經(jīng)組裝成功能模塊后封裝,焊接于印制板上,然后鍵合。這一方式功率密度更高,寄生參數(shù)更小,因為采用相同材料的基片,不同器件的熱匹配更好,提高了模塊電源的抗冷熱沖擊能力。李澤元教授領(lǐng)導(dǎo)的CPES在工藝上正在研究IPEM(IntegratedPower Electronics Module),它是一種三維的封裝結(jié)構(gòu),主要針對功率電路,取代線鍵合技術(shù)。 
  扁平變壓器和磁集成技術(shù)——磁性元件往往是電源中體積最大、最高的器件,減小磁性元件的體積就提高了功率密度。在中大功率模塊電源中,為滿足標準高度的要求,大部分的專業(yè)生產(chǎn)廠家自己定做磁芯。而現(xiàn)有的磁性供應(yīng)商只有飛利浦可以提供通用的扁平磁芯,且這種變壓器的繞組制作也存在一定難度。采用這種磁芯可以進一步減小體積,縮短引線長度,減小寄生參數(shù)。CPES一直在研究一種磁集成技術(shù),福州大學(xué)的陳為教授3年前在CPES研究了磁集成技術(shù),他們做的一個樣機是半橋電路,輸出整流采用倍流整流技術(shù),而且輸出端的兩個電感跟主變壓器集成在一個鐵芯里,最后達到的功率密度為300W/in3。倍流整流技術(shù)適用于輸出電流大,對di/dt要求高的場合,比如在實現(xiàn)VRM的電路中就常常用這種整流電路。 
電路拓撲發(fā)展趨勢 
  DC-DC變換器電路拓撲的主要發(fā)展趨勢如下: 
  高頻化:為縮小開關(guān)變換器的體積,提高其功率密度,并改善動態(tài)響應(yīng),小功率DC-DC變換器開關(guān)頻率將由現(xiàn)在的200-500kHz提高到1MHz以上,但高頻化又會產(chǎn)生新的問題,如:開關(guān)損耗以及無源元件的損耗增大,高頻寄生參數(shù)以及高頻EMI的問題等。 
  軟開關(guān):為提高效率采用各種軟開關(guān)技術(shù),包括無源無損(吸收網(wǎng)絡(luò))軟開關(guān)技術(shù),有源軟開關(guān)技術(shù),如:ZVS/ZCS諧振、準諧振、恒頻零開關(guān)技術(shù)等,減小開關(guān)損耗以及開關(guān)應(yīng)力,以實現(xiàn)高效率的高頻化。如美國VICOR公司開發(fā)的DC-DC高頻軟開關(guān)變換器,48/600W輸出,效率為90%,功率密度120W/in3,日本LAMBDA公司采用有源箝位ZVS-PWM正反激組合變換以及同步整流技術(shù),可使DC-DC變換模塊的效率達90%。 
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