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模塊電源技術的發展與應用
來源:
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作者:pmoaf1d4f
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發布時間: 2017-04-27
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二次集成和封裝技術——為提高功率密度，近年開發的模塊電源無一例外采用表面貼裝技術。由于模塊電源的發熱量嚴重，采用表面貼裝技術一定要注意貼片器件和基板之間的熱匹配，為了簡化這些問題，最近出現了MLP(Multilayer Polymer)片狀電容，它的溫度膨脹系數和銅、環氧樹脂填充劑以及FR4 PCB板都很接近，不易出現象鉭電容和磁片電容那樣因溫度變化過快而引起電容失效的問題。另外為進一步減小體積，二次集成技術發展也很快，它是直接購置裸芯片，經組裝成功能模塊后封裝，焊接于印制板上，然后鍵合。這一方式功率密度更高，寄生參數更小，因為采用相同材料的基片，不同器件的熱匹配更好，提高了模塊電源的抗冷熱沖擊能力。李澤元教授領導的CPES在工藝上正在研究IPEM(IntegratedPower Electronics Module)，它是一種三維的封裝結構，主要針對功率電路，取代線鍵合技術。
扁平變壓器和磁集成技術——磁性元件往往是電源中體積最大、最高的器件，減小磁性元件的體積就提高了功率密度。在中大功率模塊電源中，為滿足標準高度的要求，大部分的專業生產廠家自己定做磁芯。而現有的磁性供應商只有飛利浦可以提供通用的扁平磁芯，且這種變壓器的繞組制作也存在一定難度。采用這種磁芯可以進一步減小體積，縮短引線長度，減小寄生參數。CPES一直在研究一種磁集成技術，福州大學的陳為教授3年前在CPES研究了磁集成技術，他們做的一個樣機是半橋電路，輸出整流采用倍流整流技術，而且輸出端的兩個電感跟主變壓器集成在一個鐵芯里，最后達到的功率密度為300W/in3。倍流整流技術適用于輸出電流大，對di/dt要求高的場合，比如在實現VRM的電路中就常常用這種整流電路。
電路拓撲發展趨勢
DC-DC變換器電路拓撲的主要發展趨勢如下：
高頻化：為縮小開關變換器的體積，提高其功率密度，并改善動態響應，小功率DC-DC變換器開關頻率將由現在的200-500kHz提高到1MHz以上，但高頻化又會產生新的問題，如：開關損耗以及無源元件的損耗增大，高頻寄生參數以及高頻EMI的問題等。
軟開關：為提高效率采用各種軟開關技術，包括無源無損(吸收網絡)軟開關技術，有源軟開關技術，如：ZVS/ZCS諧振、準諧振、恒頻零開關技術等，減小開關損耗以及開關應力，以實現高效率的高頻化。如美國VICOR公司開發的DC-DC高頻軟開關變換器，48/600W輸出，效率為90%，功率密度120W/in3，日本LAMBDA公司采用有源箝位ZVS-PWM正反激組合變換以及同步整流技術，可使DC-DC變換模塊的效率達90%。
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