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通信高频开关电源技术的最新发展

编辑:方寸电子    浏览量:2789     发表时间:2010-5-18
信用高频开关电源技术的最新发展基本上可以体现在几个方面:变换器拓扑、建模与仿真、数字化控制、磁集成以及制造工艺等。  2.1变换器拓扑
  软开关技术、功率因数校正技术及多电平技术是近年来变换器拓扑方面的热点。采用软开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力,开关电源有助于变换器效率的提高;采用PFC技术可以提高AC/DC变换器的输入功率因数,减少对电网的谐波污染;而多电平技术主要应用在通信电源三相输入变换器中,可以有效降低开关管的电压应力。同时由于输入电压高,采用适当的软开关技术以降低开关损耗,是多电平技术将来的重要研究方向。
  为了降低变换器的体积,需要提高开关频率而实现高的功率密度,必须使用较小尺寸的磁性材料及被动元件,但是提高频率将使MOSFET的开关损耗与驱动损耗大幅度增加,而软开关技术的应用可以降低开关损耗。目前的通信电源工程应用最为广泛的是有源钳位ZVS技术、20世纪90年代初诞生的ZVS移相全桥技术及90年代后期提出的同步整流技术。
  (1)ZVS 有源钳位
   开关电源技术历经三代,且都申报了专利。第一代为美国VICOR公司的有源箝位ZVS技术,将DC-DC的工作频率提高到1 MHZ,功率密度接近200 W/in3然而其转换效率未超过90 %。为了降低第一代有源箝位技术的成本,IPD公司申报了第二代有源箝位技术专利,其采用P沟道MOSFET,并在变压器二次侧用于forward电路拓扑的有源箝位,这使产品成本减低很多。但这种方法形成的MOSFET的零电压开关(ZVS)边界条件较窄,而且PMOS工作频率也不理想。为了让磁能在磁芯复位时不白白消耗掉,一位美籍华人工程师于2001年申请了第三代有源箝位技术专利,其特点是在第二代有源箝位的基础上将磁芯复位时释放出的能量转送至负载,所以实现了更高的转换效率。他共有三个电路方案:其中一个方案可以采用N沟MOSFET,开关电源因而工作频率可以更高,采用该技术可以将ZVS软开关、同步整流技术都结合在一起,因而其实现了高达92 %的效率及250 W/in3以上的功率密度。

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