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進(jìn)入高效率功率變換時(shí)代的開(kāi)關(guān)電源

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:595次  |  2021年07月08日  

電子設(shè)備特別是計(jì)算機(jī)的不斷小型化,要求供電電源的體積隨之小型化,因而開(kāi)關(guān)電源開(kāi)始替代以笨重的工頻變壓器為特征的線性穩(wěn)壓電源,同時(shí)電源效率得到明顯提高。電源體積的減小意味著散熱能力的變差,因而要求電源的功耗變小,即在輸出功率不變的前提下,效率必須提高。


相同體積的電源的功率耗散基本相同,因此,欲得到更大的輸出功率,必須提高效率,同時(shí),高的電源效率可以有效地減小功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)力,有利于提高其可靠性。


功率半導(dǎo)體器件的進(jìn)步:高效率功率變換的根本


功率半導(dǎo)體器件的進(jìn)步特別是PowerMOSFET的進(jìn)步引發(fā)出功率變換的一系列的進(jìn)步:PowerMOSFET的極快的開(kāi)關(guān)速度,使開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率從雙極晶體管的20kHz提高到100kHz以上,有效地減小了無(wú)源儲(chǔ)能元件(電感、電容)的體積。低壓PowerMOSFET使低壓同步整流成為現(xiàn)實(shí),器件的導(dǎo)通電壓從肖特基二極管的0.5V左右,降低到同步整流器的0.1V甚至更低,使低壓整流器的效率至少提高了10%。高壓PowerMOSFET的導(dǎo)通壓降和開(kāi)關(guān)特性的改善,提高了開(kāi)關(guān)電源的初級(jí)效率。功率半導(dǎo)體器件的功耗的降低也使散熱器和整機(jī)的體積減小。


電源界有一個(gè)不成文的觀點(diǎn):不穩(wěn)壓的比穩(wěn)壓的效率高、不隔離的比隔離的效率高、窄范圍輸入電壓的比寬范圍輸入的效率高。Vicor的48V輸入電源模塊的效率達(dá)到97%。交流輸入開(kāi)關(guān)電源需要功率因數(shù)校正,由于功率因數(shù)校正已具有穩(wěn)壓功能,在對(duì)輸出紋波要求不高的應(yīng)用(如輸出接有蓄電池或超級(jí)電容器),可以采用功率因數(shù)校正加不調(diào)節(jié)的隔離變換器電路拓?fù)洌瑖?guó)外在1986年已有產(chǎn)品,效率到達(dá)93%以上。

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