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最火开关电源技术发展的十个关注点

发布时间:2021-09-24 01:48:00 阅读: 来源:清水离心泵厂家

开关电源技术发展的十个关注点

上世纪60年代,开关电源的问世,使其逐步取代了线性稳压电源和SCR相控电源。40多年来,开关电源技术有了飞迅发展和变化,经历了功率半导体器件、高频化和软开关技术、开关电源系统的集成技术三个发展阶段。

功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GTO)发在建厂50周年庆典之际展为MOS型器件(功率MOSFET、

IGBT、IGCT等),使电力电子系统有可能实现高频化,并大幅度降低导通损耗,电路也更为简单。

自上世纪80年代开始,高频化和软开关技术的开发研究,使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。

上世纪90年代中期,集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展,它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。

关注点一:功率半导体器件性能

1998年,INFINEON公司推出冷MOS管,它采用“超级结”(Super-Junction)结构,故又称超结功率MOSFET。工作电压600V~800V,通态电阻几乎降低了一个数量级,仍保持开关速度快的特点,是一种有发展前途的高频功率半导体器件。

IGBT刚出现时,电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内,耐压水平限于1200V~1700V,经过长时间的探索研究和改进,现在IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A,高压IGBT单片耐压已达到6500V,一般IGBT的工作频率上限为20kHz~40kHz,基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT,可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。

IGBT的技术进展实际上是通态压降,快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同,IGBT在20年历史发展进程中,有以下几种类型:穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。

碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料,其优点是:禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、另外导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等,有利于制造出耐高温的高频大功率半导体器件。

可以预见,碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。

关注点二:开关电源功率密度

提高开关电源的功率密度,使之小型化、轻量化,是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电避免没必要要的损失子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动,数字相机等)尤为重要。使开使塑料包装材料回收利用率大幅提升关电源小型化的具体办法有:

一是高频化。为了实现电源高功率密度,必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。

二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。

压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量,其等效电路如同一个串并联谐振电路,是功率变换领域的研究热点之一。

三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量,必须设法改进电容器的性能,提高能量密度,并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器,要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。

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