PR6426/010-140 CON021模塊
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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,效率提高。
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,提率,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%,大幅度降低或這一損耗可使開關(guān)電源的效率提高5%~10%。zui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,zui初的限制現(xiàn)在已失效,可以普遍應(yīng)用。
功率半導(dǎo)體器件的進(jìn)步:率功率變換的根本
功率半導(dǎo)體器件的進(jìn)步特別是Power MOSFET的進(jìn)步引發(fā)出功率變換的一系列的進(jìn)步:Power MOSFET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Power MOSFET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Power MOSFET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。
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