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聊聊20世纪推动开关电源发展的主要技术
[发布时间]:2015年4月21日 [来源]:开关电源 [点击率]:4122
【导读】: 一、新型功率半导体器件  20世纪90年代,功率半导体器件有许多新的进展,主要有以下几方面。1. 功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶体管(GTR)和中小电流的晶闸管,使实现开关电源高频化...

  七、低电压、大电流输出DC-DC变换器
  数据处理系统的速度和效率日益提高,新一代微处理器的逻辑电压低至1.1-1.8V,而电流可达50-100A,其供电电源-低电压、大电流输出DC-DC变换器模块,又称为电压调整器模块(Voltage Regulator Module,VRM)。新一代微处理器对VRM的要求是输出电压很低、输出电流大、电流变化率高、响应快等。
  (1)  为降低IC的电场强度和功耗,必须降低微处理器供电电压,因此VRM的输出电压要从传统的3V左右降低到小于2V,甚至1V。

  (2)  运行时,电源输入电流大于100A,由于存在寄生L、C参数,电压扰动大,应尽量减少L的影响。

  (3)  微处理器启/停频繁,不断从休眠状态启动,工作,再进入休眠状态。因此要求VRM电流从0突变到50A,又突降到0,电流变化率达5A/ns。

  (4)  设计时应控制扰动电压≤10%,允许输出电压变化范围在±2%之间。

  线路的寄生阻抗、电容的ESR和ESL对VRM在负载变化过程中的电压调整影响很大,必须研制高频、高功率密度和快速的新型VRM。现在已有多种拓扑问世,如同步整流Buck变换器(用功率MOS管作为开关二极管);为防止电流大幅度变化时由于高频寄生参数引起输出电压扰动,增大输出滤波电容、电感;多输入通道(munlti-channel或multi-phase)DC-DC变换器,应用波形交错(interleaving)技术,保证VRM输出纹波小,改善输出瞬态响应,并可减小输出滤波电感和电容。

  八、分布电源及并联均流技术
  分布电源技术是通过250-425V/48V DC-DC变换器和48V母线电压给负载板(board)供电,再通过板上若干个并联的薄型DC-DC变换器,将48V变换为负载所需要的3-5V。一般DC-DC变换器的功率密度达100W/in3,效率为90%,并且应是可并联的。分布电源系统适合于用超高速集成电路组成的大型工作站、大型数字电子交换系统等。其优点是,可降低48V母线上的电流和电压降;容易实现N+1冗余,提高了系统可靠性,易于扩增负载容量;散热好;瞬态响应好;减少电解电容器数量;可实现DC-DC变换器组件模块化;易于使用插件连接;可在线更换失效模块等。

  九、电源智能化技术
  电子电源微处理监控、电源系统内部通信、电源系统智能化等技术的应用,在国内外均已较成熟。

  十、开关电源的EMI与EMC
  美国Virginia 工学院、香港大学、浙江大学和清华大学等均开展了开关电源的EMI与EMC问题研究,并取得了不少可喜成果。

 

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