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DC/D绝缘测试C變換器技術現狀及未來
浏览: 发布日期:2017-09-08


本页文章链接: http://www.ming-hua.com/FR4/xinwenzixun/gongsixinwen/12768.html
分布式電源係統應用的普及推廣以及電池供電移動式電子設備的飛速發展,其電源係統需用的DC/DC電源模塊越來越多。對其性能要求越來越高。除去常規電性能指標以外,對其體積要求越來越小,也就是對其功率密度的要求越來越高,對轉換效率要求也越來越高,也即發熱越來越少。這樣其平均無故障工作時間才越來越長,可靠性越來越好。因此如何開發設計出更高功率密度、更高轉換效率、更低成本更高性能的DC/DC轉換器始終是近二十年來電力電子技術工程師追求的目標。例如:二十年前Lucent公司開發出第一個半磚DC/DC時,其輸出功率才30W,效率隻有78%。而如今半磚的DC/DC輸出功率已達到300W,轉換效率高達93.5%。

  從八十年代末起,工程師們為了縮小DC/DC變換器的體積,提高功率密度,首先從大幅度提高開關電源的工作頻率做起,但這種努力結果是大幅度縮小了體積,卻降低了效率。發熱增多,體積縮小,難過高溫關。因為當時MOSFET的開關速度還不夠快,大幅提高頻率使MOSFET的開關損耗驅動損耗大幅度增加。工程師們開始研究各種避開開關損耗的軟開關技術。雖然技術模式百花齊放,然而從工程實用角度僅有兩項是開 發成功且一直延續到現在。一項是VICOR公司的有源箝位ZVS軟開關技術;另一項就是九十年代初誕生的全橋移相ZVS軟開關技術。

  有源箝位技術曆經三代,且都申報了專利。第一代係美國VICOR公司的有源箝位ZVS技術,其專利已經於2002年2月到期。VICOR公司利用該技術,配合磁元件,將DC/DC的工作頻率提高到1MHZ,功率密度接近200W/in3,然而其轉換效率卻始終沒有超過90%,主要原因在於MOSFET的損耗不僅有開關損耗,還有導通損耗和驅動損耗。特別是驅動損耗隨工作頻率的上升也大幅度增加,而且因1MHZ頻率之下不易采用技術,其效率是無法再提高的。因此,其轉換效率始終沒有突破90%大關。

  為了降低第一代有源箝位技術的成本,IPD公司申報了第二代有源箝位技術專利。它采用P溝MOSFET在變壓器二次側用於forward電路拓樸的有源箝位。這使產品成本減低很多。但這種方法形成的MOSFET的零電壓開關(ZVS)邊界條件較窄,在全工作條件範圍內效率的提升不如第一代有源箝位技術,而且PMOS工作頻率也不理想。

  為了讓磁能在磁芯複位時不白白消耗掉,一位美籍華人工程師於2001年申請了第三代有源箝位技術專利,並獲準。其特點是在第二代有源箝位的基礎上將磁芯複位時釋放出的能量轉送至負載。所以實現了更高的轉換效率。它共有三個電路方案:其中一個方案可以采用N溝MOSFET。因而工作頻率較高,采用該技術可以將ZVS軟開關、同步整流技術、磁能轉換都結合在一起,因而它實現了高達92%的效率及250W/in3以上的功率密度。(即四分之一磚DC/DC做到250W功率輸出及92%以上的轉換效率)


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