開關(guān)電源技術(shù)的最新進展
| 品有了小型化的意義。然而目前VICOR公司的PRM 的技術(shù)及產(chǎn)品仍舊沒有徹底過關(guān)推向市場，只有VTM 能批量進入市場，但其技術(shù)方向是對的。其實PRM 加上VTM 組合成一組電源 target=_blank>穩(wěn)壓電源 target=_blank>電源，本質(zhì)上就是美國SYNQOR 公司的專利———級聯(lián)技術(shù)；其第一級用于穩(wěn)壓，第二級用于隔離和變壓。 筆者最近把PRM這種思維方式改進了一下，將PRM中的Buck-Boost給分開，要末選擇Buck，要末選擇Boost。選擇Buck時，采用1MHz工作頻率的預(yù)檢側(cè)柵驅(qū)動控制技術(shù)，將輸入電壓降到某一個中間值電壓，然后再加上VTM 就組成了一套高功率密度的電源 target=_blank>電源。選擇Boost時，采用1MHz 工作頻率的同步Boost 控制技術(shù)，將輸入電壓升到某一個較高的中間值，再加上VTM 也組成一套高功率密度電源 target=_blank>電源。 VTM的優(yōu)點在于突破性的技術(shù)思維方式，這種思維方式的全面推廣在目前的中國還有困難，還要相當(dāng)長時間的發(fā)展。這要有足夠的風(fēng)險投資機制，還要從政府到企業(yè)有較長遠的眼光，不要投一點資就盼望立竿見影。VICOR的VTM中有3 項專利技術(shù)，大家知道越是專利技術(shù)多的項目就越容易突破，很多專利技術(shù)是誰想到了誰就掌握了，我們只好等十年后再用這項技術(shù)了。 5 非隔離DC/DC 技術(shù)的迅速發(fā)展 近年來，非隔離的DC/DC技術(shù)上發(fā)展迅速。由于目前一套電子設(shè)備或電子系統(tǒng)因負載不同，會要求電源 target=_blank>電源系統(tǒng)提供多個電壓擋級。例如臺式PC機就要求有+12 V，+5 V，+3.3 V，-12 V 四種電壓以及待機的+5V電壓。到了主機板上，就要求2.5V，1.8 V，1.5 V甚至1 V等。為此，一套AC/DC 中不可能給出這樣多的電壓輸出，而且大多數(shù)低壓供電電流都很大。因此開發(fā)了很多非隔離的DC/DC 變換器，它們基本上可以分成兩大類。一類是內(nèi)部含有功率開關(guān)器件的稱做DC/DC 轉(zhuǎn)換器。另一類不含功率開關(guān)器件需要外接功率MOSFET的稱作DC/DC 控制器。按照電路功能劃分，有降壓的Buck；有升壓的Boost；有又能升壓又能降壓的Buck-Boost 或SEPIC；還有正壓轉(zhuǎn)成負壓的INVERTOR等。其中品種最多，發(fā)展最快的還是降壓的Buck。根據(jù)輸出電流的大小，有單相的、兩相的以及多相的；控制方式上以PWM為主，少部分為PFM。 在非隔離的DC/DC 轉(zhuǎn)換技術(shù)中，優(yōu)秀技術(shù)有TI 公司的預(yù)檢側(cè)柵驅(qū)動技術(shù)，它采用數(shù)字技術(shù)控制同步Buck，采用這種技術(shù)的DC/DC 變換器其轉(zhuǎn)換效率最高可以達到97%，其中TPS40071 等是其代表產(chǎn)品。Boost升壓方式也出現(xiàn)了采用MOSFET代替二極管的同步Boost的作品。在低壓領(lǐng)域，增加效率的幅度 很大，而且正在設(shè)法進一步消除MOSFET 的體二極管的導(dǎo)通及反向恢復(fù)損耗問題。 而在Buck-Boost電路中，單片集成的IC 目前只有Liner-tech 公司的LTC3443是比較理想的產(chǎn)品，它和VICOR公司的PRM是最相似的，轉(zhuǎn)換效率也比較高，達到95%，只是工作電壓還比較低，僅有6V。隨著IC制造技術(shù)的進步，這種電路的工作電壓會逐漸提高到20V、40V、60V，乃至100V的。這時，完全的單片IC 制作出的“PRM”就達到完美無缺了。 6 PFC技術(shù)的重大突破 在2006 年3 月于美國召開的APEC 會議和中國上海召開的PICM 會議上，工程師們提出了沒有整流橋的PFC 電路技術(shù)，而且已經(jīng)迅速實用化。它采用兩只電感，兩只功率MOSFET，兩只快恢復(fù)二極管組成PFC 的升壓電路，分別工作在各50%的半周期，從而省掉了造成功耗的整流橋，特別在輸入電壓的低端，即AC 90V 輸入時，效率的提升高達1.5 個百分點。由于這種電路的輸入和輸出沒有共地點，因而給輸入電壓的檢測帶來麻煩，美國IR公司的采用ONE SYCLE 專利技術(shù)設(shè)計制造的PFC 控制IC IR1150S 正好省掉了對輸入電壓的檢測這個環(huán)節(jié)，因而IR1150S成為制作無整流橋PFC 的最方便的控制IC，這種工作方式的電路將PFC 的效率又提高了一個多百分點。對該項技術(shù)感興趣的工程師可以留意相關(guān)報道。 TI公司最新推出的交互式PFC 技術(shù)也給PFC技術(shù)帶來了重大進步。兩相交互式PFC的電路采用兩個升壓電感，兩個功率MOSFET，以180°的相位差交替工作。輸出同樣的功率時，平均輸入電流只有一半，因而降低了輸入EMI 濾波器的功耗，降低了EMI 的強度，從而提高了效率，簡化了大功率PFC 處理EMI 的難度。采用交互式PFC電路，其EMI 的強度僅相當(dāng)于單路一半功率的強度。此外，輸出電壓的紋波也減小了一半11.04 0 T，如果不要求保持時間的話，輸出的大BULK 電容也可以減小一半。目前TI 公司推薦的該系統(tǒng)由UCC28528 和UCC28221 組成。新的獨立的控制IC 即將問世。這項技術(shù)無疑會使大功率電源 target=_blank>電源的PFC 部分在轉(zhuǎn)換效率和EMI 處理上有了明顯的進步。 7 電源 target=_blank>開關(guān)電源 target=_blank>電源的數(shù)字化 目前在整個的電子模擬電路系統(tǒng)中，電視系統(tǒng)數(shù)字化了，通訊也數(shù)字化了，沒有通訊的數(shù)字化就沒有今天移動電話帶來的極其方便，極其精彩的生活，至于網(wǎng)絡(luò)等更是數(shù)字化的專屬領(lǐng)域。而最后一個沒有數(shù)字化的堡壘就是電源 target=_blank>電源領(lǐng)域了。近年來，數(shù)字電源 target=_blank>電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。在電源 target=_blank>電源數(shù)字化方面走在前面的公司有TI 和Microchip 即德州儀器公司和微芯國際公司。TI 公司既有數(shù)字信號處理(DSP)方面的技術(shù)優(yōu)勢，又兼并了PWM IC 頂級的專業(yè)制造商UNITRODE 公司，所以它們合并在一起最具有技術(shù)實力。TI 公司已經(jīng)用DSP的TMS320C28F10制成了通訊用的48V輸出大功率電源 target=_blank>電源模塊。其中PFC 和PWM 部分完全為數(shù)字式控制?，F(xiàn)在，TI公司已經(jīng)研發(fā)出了多款數(shù)字式PWM 控制芯片。目前主要是UCD7000 系列、UCD8000 系列和UCD9000 系列，它們將成為下一代數(shù)字電源 target=_blank>電源的探路者。 UCD7000 系列主要是數(shù)字控制的功率驅(qū)動級，既有驅(qū)動正激電路的，也有驅(qū)動推挽和半橋電路的。它需要微控制器（μC）或DSP給出PWM的數(shù)控信號，才能構(gòu)成一個完整的數(shù)字電源 target=_blank>電源。已經(jīng)推出的產(chǎn)品有UCD7201，UCD7100，UCD7440，UCD7230 等。其中分別控制正激電路，半橋電路以及非隔離的Buck電路。 UCD8000 系列主要是將數(shù)字式的PWM和驅(qū)動部分集成在一起。用它設(shè)計數(shù)字電源 target=_blank>電源只需外加μC 或DSP 即可。例如UCD8620 配合UCD9110就可以組成一個數(shù)控半橋電路。 UCD9000 系列則主要包括DSP 及數(shù)字PWM部分，它需要與UCD7000 系列合作來組成數(shù)字電源 target=_blank>電源。 總之，它們總體上既要包括硬件部分，還要做軟件編程。硬件部分包括PWM的邏輯部分，時鐘，放大器環(huán)路的模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及數(shù)字處理、驅(qū)動信號、同步整流的檢測和處理等。 對數(shù)字電源 target=_blank>電源的探討，美國iWatt公司則走創(chuàng)新之路，它研制的iW 數(shù)字控制器，區(qū)別于模擬控制器，不采用PWM 技術(shù)，而是在芯片內(nèi)置優(yōu)化算法邏輯，不必用戶另外編程，就可以直接應(yīng)用控制器內(nèi)部脈沖優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字控制的電源 target=_blank>開關(guān)電源 target=_blank>電源。iW系列有不帶PFC 的iW2201 及帶PFC 的iW2202。它應(yīng)用了一種“pulse Train”專利技術(shù)，內(nèi)含一個“功率脈沖發(fā)生器”（用于強電控制）和一個“檢測脈沖發(fā)生器”（用于弱電數(shù)字處理）。控制器檢測輸入電壓及負載的狀態(tài)，不必外部編程，通過芯片內(nèi)部最優(yōu)化邏 輯算法，產(chǎn)生“功率周期”、“傳感周期”和“智能跳躍周期”等控制模式，決定開關(guān)管的通斷。iW 系列芯片使用簡單，目前已實現(xiàn)了200W的功率輸出。 在目前電源 target=_blank>電源領(lǐng)域里的競爭主要還是性能價格的競爭，所以數(shù)字電源 target=_blank>電源還有很長的路要走；然而電源 target=_blank>電源領(lǐng)域的數(shù)字化的號角已經(jīng)吹響了。 8 在電源 target=_blank>電源行業(yè)和電源 target=_blank>電源市場中的新政策 這本來是一個與技術(shù)不相關(guān)的話題，然而我國目前能源緊缺，而電源 target=_blank>電源行 |
