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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(shí)間: 2017-04-27 | 8485 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(yán)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(jiǎn)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(jìn)一步減小體積，二次集成技術(shù)發(fā)展也很快，它是直接購(gòu)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?yàn)椴捎孟嗤牧系幕煌骷臒崞ヅ涓?，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(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步減小體積，縮短引線長(zhǎng)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(gè)樣機(jī)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(gè)電感跟主變壓器集成在一個(gè)鐵芯里，最后達(dá)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(duì)di/dt要求高的場(chǎng)合，比如在實(shí)現(xiàn)VRM的電路中就常常用這種整流電路。
電路拓?fù)浒l(fā)展趨勢(shì)
　　DC-DC變換器電路拓?fù)涞闹饕l(fā)展趨勢(shì)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(dòng)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(huì)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(zhǔn)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(shí)現(xiàn)高效率的高頻化。如美國(guó)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(dá)90%。