開關(guān)電源進(jìn)入高效率功率變換時(shí)代
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，因而開關(guān)電源開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。
高效率功率變換：開關(guān)電源設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)
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。
開關(guān)電源的損耗主要為：無源元件損耗和有源元件損耗
開關(guān)損耗一直困惑著開關(guān)電源設(shè)計(jì)者，由于功率半導(dǎo)體器件在開關(guān)過程中，器件上同時(shí)存在電流、電壓，因而不可避免地存在開關(guān)損耗，如果開關(guān)電源中開關(guān)管和輸出整流二極管能實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)或零電流開關(guān)，則其效率可以明顯提高。
開關(guān)過程引起的開關(guān)損耗大致會(huì)占總輸入功率的5%～10%，大幅度降低或消除這一損耗可使開關(guān)電源的效率提高5%～10%。最有效的方法是軟開關(guān)技術(shù)或零電壓開關(guān)或零電流開關(guān)技術(shù)。
在眾多軟開關(guān)的方案中，比較實(shí)用的有大功率的全橋變換器，通常采用移相零電壓開關(guān)的控制方式，這種控制方式要求在初級(jí)側(cè)需附加一續(xù)流電感以確保開關(guān)管在零電壓狀態(tài)下導(dǎo)通，由于較大的有效值電流流過，這個(gè)附加電感將發(fā)熱(盡管比RC緩沖電路小得多)，因而在低壓功率變換中并不采用。
無源無損耗緩沖電路的特點(diǎn)是不破壞常規(guī)PWM控制方式，設(shè)計(jì)/調(diào)試簡(jiǎn)單。盡管如此，無源無損耗緩沖電路和準(zhǔn)諧振/零電壓開關(guān)工作方式也存在一些缺點(diǎn)，如僅能實(shí)現(xiàn)關(guān)斷軟開關(guān)以及在反激式變換器中不太適于大負(fù)載范圍變化。軟開關(guān)中有源箝位是提高單管正/反激變換器效率的有效方法，最初的專利限制現(xiàn)在已失效，可以普遍應(yīng)用。
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的極快的開關(guān)速度，使開關(guān)電源的開關(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)通壓降和開關(guān)特性的改善，提高了開關(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。
| 【上一個(gè)】 高頻化數(shù)字化成未來開關(guān)電源發(fā)展方向 | 【下一個(gè)】 國(guó)內(nèi)外開關(guān)電源的發(fā)展展望 |
| ^ 開關(guān)電源進(jìn)入高效率功率變換時(shí)代 | ^ 開關(guān)電源進(jìn)入高效率功率變換時(shí)代 |
| ^ 開關(guān)電源進(jìn)入高效率功率變換時(shí)代 |