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電源適配器能效改進技術(shù)發(fā)展

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電源適配器能效改進技術(shù)發(fā)展

   外部電源適配器從結(jié)構(gòu)上可以分為兩個大類。一類是傳統(tǒng)的由硅鋼片、銅線、二極管組成的串聯(lián)穩(wěn)壓電源或工頻線性電源,另一類足由電子組件、功率管、鐵氧體磁材等組成的高頻電了開關(guān)電源。開關(guān)電源具有體積小,重量輕,有色金屬少的特點,相對來說也具有比較高的能效。提高電源適配器的效率可以體現(xiàn)在元器件的改進和變換器拓?fù)浼翱刂品绞絻蓚€方面。

元器件性能的改進在電源適配器能效提高上的應(yīng)用元器件性能的改進在能效上的表現(xiàn)較主要的方面就在于降低系統(tǒng)不必要的熱損耗。對于電源適配器來說,以下三類元器件&為關(guān)鍵。

(1)功率半導(dǎo)體器件
電源中的功率半導(dǎo)體器件,主要通過以下方式提高能效:提高導(dǎo)通和關(guān)斷瞬間的速度,降低導(dǎo)通和關(guān)斷瞬間的能耗;減少反向泄露電流;減小通態(tài)電阻。這就要求器件具有輸人阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好和關(guān)斷損耗及開通損耗小等特性。
雙極晶體管具有開關(guān)速度高的特點,但其反向漏電和驅(qū)動功率都比較大,而MOS FET與此正好向反。絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是結(jié)合了MOS FET與GTP的優(yōu)點于一身的。IGBT的技術(shù)進展實際上是通態(tài)壓降,快速開關(guān)和高耐壓能力三者的折中。在它剛出現(xiàn)時,電壓、電流額定值只有600V/25A。經(jīng)過長時間的探索研究和改進,現(xiàn)在IGBT的電壓、電流額定值已分別達到3300V/1200A和4500V/1800A。高壓IGBT單片耐壓已達到6500V,—般IGBT的丄作頻率上限為20-40 kHz,基于穿通(PT)型結(jié)構(gòu)應(yīng)用新技術(shù)制造的IGBT,可工作于150 kHz(硬開關(guān))和300kHz(軟開關(guān))。在功率半導(dǎo)體器件所用材料上也取得了很大的進展,碳 化硅SiC是功率半導(dǎo)體器件晶片的理想材料。其優(yōu)點是:禁帶寬、工作溫度高(可達600度)、熱穩(wěn)定性好、通態(tài)電阻小、導(dǎo)熱性能好、瓶電流極小、PN結(jié)耐壓尚等,有利于制造出酎高溫的高頻人功率半導(dǎo)體器件,將是21世紀(jì)較可能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料。
6W系列中規(guī)直插式電源適配器6W系列歐規(guī)插墻式電源適配器24W系列韓規(guī)臥式電源適配器
(2)磁性元件
    12V電源適配器磁性元件是電源中的重要功能元件,是實現(xiàn)能量儲存與轉(zhuǎn)換、濾波和電氣隔離的主要元件。隨著人們對電源的要求越來越高,除了對磁性材料提出了有高的居里溫度,鐵損小,磁通密度大等特性外,隨著開關(guān)電源開關(guān)頻率的提高,開關(guān)變換器的體積隨之減少,功率密度得到大幅提升,但開關(guān)損耗隨之增加,并且使用更多的磁性器件,因而占據(jù)更多的空間,這種情況下磁性元件內(nèi)部的耦合及磁電之間的耦合變得越來越突出。因為耦合件能不好,漏磁通增多,漏感增大,這樣在開關(guān)晶體管導(dǎo)通期間漏感莆積能量,在開關(guān)晶體管截止期間漏感中蓄積的能量釋放,從而在繞組間產(chǎn)生很高電壓。該電壓一方面會對開關(guān)管造成損傷,另一方面它加長了開關(guān)時間.增加了損耗和噪聲。當(dāng)這種莆積能較較多時,釋放期間可能產(chǎn)生振蕩,影響電源正常的開關(guān)工作。為此研發(fā)人員對變換器中的磁件做了大量的研究工作,其中磁集成技術(shù)在電源中的應(yīng)用越來越被人重視。如將鐵氧體或其他薄膜材料高密度集成在硅片上,或硅材料集成在鐵氧體上的磁電混合集成技術(shù)。磁電混合集成還包括利用電感箔式繞組層間分布電容實現(xiàn)磁元件與電容混合集成等。磁性元件集成技術(shù)應(yīng)用的一個主要難點在于常規(guī)的磁性元件設(shè)計方法已經(jīng)極其繁瑣且需要從不同的角度來考慮,如磁芯的大小選擇.材質(zhì)與繞組的確定.及鐵損和銅損的評估等。除此之外,磁集成技術(shù)還必須考慮磁通不平衡的問題.因為磁通分布在鐵心的毎一部分的等效總磁通研是不同的,有些部分能會提前飽和。因此,磁性器件集成的分析與研究將會更加復(fù)雜。但其所帶來的高功率密度的優(yōu)勢,必是將來電源發(fā)展的趨勢。自1995年至今,美國電力電子系統(tǒng)中心 (CPKS )對磁性器件集成作了很多的研究工作.使用耦合電感的概念對多相BUCK電感集成做了深入研究。且應(yīng)用于各種不同類型的變換器中。2002年.香港大學(xué)Yim-Shu Lee等人也提出一系列對于磁集成技術(shù)的探討與設(shè)計
(3)電容
    不同的電容在電源適配器中的作用:濾波電容作為線性濾波元件用丁抑制外部噪聲進入電源內(nèi)部以及內(nèi)部噪聲外出,例如通常所說的X電容是用來抑制正態(tài)噪聲的,而Y電容是用來抑制共模噪聲。吸收電容可吸收開關(guān)管、變壓器、電感等產(chǎn)生的浪涌,用于保護開關(guān)電路。平波電容用十平滑紋波電流。通常要求電容的體積小、泄漏電流小、等效串聯(lián)電阻(ERS)小。當(dāng)有電流通過電容時,ERS小,電容自身的發(fā)熱就小,對能效的改進是有益的。
    目前研究的重點是開發(fā)適合于功率電源系統(tǒng)用的新型電容器和超級大電容。要求電容量大、等效電阻(ESB)小、體積小等。美國KEMET電子公司在20世紀(jì)90年代末已開發(fā)出330uF新型固體(Solid Tantalum}電容,其ESR從原來的500m降到30m。



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| 發(fā)布時間:2017.10.06    來源:電源適配器廠家
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