電源適配器能效改進技術(shù)發(fā)展

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電源適配器能效改進技術(shù)發(fā)展

外部電源適配器從結(jié)構(gòu)上可以分為兩個大類。一類是傳統(tǒng)的由硅鋼片、銅線、二極管組成的串聯(lián)穩(wěn)壓電源或工頻線性電源，另一類足由電子組件、功率管、鐵氧體磁材等組成的高頻電了開關(guān)電源。開關(guān)電源具有體積小,重量輕，有色金屬少的特點，相對來說也具有比較高的能效。提高電源適配器的效率可以體現(xiàn)在元器件的改進和變換器拓撲及控制方式兩個方面。

元器件性能的改進在電源適配器能效提高上的應(yīng)用元器件性能的改進在能效上的表現(xiàn)較主要的方面就在于降低系統(tǒng)不必要的熱損耗。對于電源適配器來說，以下三類元器件&為關(guān)鍵。

(1)功率半導(dǎo)體器件
電源中的功率半導(dǎo)體器件，主要通過以下方式提高能效:提高導(dǎo)通和關(guān)斷瞬間的速度，降低導(dǎo)通和關(guān)斷瞬間的能耗;減少反向泄露電流；減小通態(tài)電阻。這就要求器件具有輸人阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好和關(guān)斷損耗及開通損耗小等特性。
雙極晶體管具有開關(guān)速度高的特點，但其反向漏電和驅(qū)動功率都比較大，而MOS FET與此正好向反。絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是結(jié)合了MOS FET與GTP的優(yōu)點于一身的。IGBT的技術(shù)進展實際上是通態(tài)壓降,快速開關(guān)和高耐壓能力三者的折中。在它剛出現(xiàn)時，電壓、電流額定值只有600V/25A。經(jīng)過長時間的探索研究和改進，現(xiàn)在IGBT的電壓、電流額定值已分別達到3300V/1200A和4500V/1800A。高壓IGBT單片耐壓已達到6500V,—般IGBT的丄作頻率上限為20-40 kHz,基于穿通（PT)型結(jié)構(gòu)應(yīng)用新技術(shù)制造的IGBT,可工作于150 kHz(硬開關(guān))和300kHz(軟開關(guān))。在功率半導(dǎo)體器件所用材料上也取得了很大的進展，碳化硅SiC是功率半導(dǎo)體器件晶片的理想材料。其優(yōu)點是:禁帶寬、工作溫度高(可達600度)、熱穩(wěn)定性好、通態(tài)電阻小、導(dǎo)熱性能好、瓶電流極小、PN結(jié)耐壓尚等，有利于制造出酎高溫的高頻人功率半導(dǎo)體器件，將是21世紀較可能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料。
6W系列中規(guī)直插式電源適配器

(2)磁性元件
12V電源適配器磁性元件是電源中的重要功能元件，是實現(xiàn)能量儲存與轉(zhuǎn)換、濾波和電氣隔離的主要元件。隨著人們對電源的要求越來越高，除了對磁性材料提出了有高的居里溫度,鐵損小，磁通密度大等特性外,隨著開關(guān)電源開關(guān)頻率的提高,開關(guān)變換器的體積隨之減少，功率密度得到大幅提升，但開關(guān)損耗隨之增加，并且使用更多的磁性器件,因而占據(jù)更多的空間，這種情況下磁性元件內(nèi)部的耦合及磁電之間的耦合變得越來越突出。因為耦合件能不好，漏磁通增多，漏感增大，這樣在開關(guān)晶體管導(dǎo)通期間漏感莆積能量，在開關(guān)晶體管截止期間漏感中蓄積的能量釋放,從而在繞組間產(chǎn)生很高電壓。該電壓一方面會對開關(guān)管造成損傷,另一方面它加長了開關(guān)時間.增加了損耗和噪聲。當這種莆積能較較多時,釋放期間可能產(chǎn)生振蕩，影響電源正常的開關(guān)工作。為此研發(fā)人員對變換器中的磁件做了大量的研究工作，其中磁集成技術(shù)在電源中的應(yīng)用越來越被人重視。如將鐵氧體或其他薄膜材料高密度集成在硅片上，或硅材料集成在鐵氧體上的磁電混合集成技術(shù)。磁電混合集成還包括利用電感箔式繞組層間分布電容實現(xiàn)磁元件與電容混合集成等。磁性元件集成技術(shù)應(yīng)用的一個主要難點在于常規(guī)的磁性元件設(shè)計方法已經(jīng)極其繁瑣且需要從不同的角度來考慮，如磁芯的大小選擇.材質(zhì)與繞組的確定.及鐵損和銅損的評估等。除此之外,磁集成技術(shù)還必須考慮磁通不平衡的問題.因為磁通分布在鐵心的毎一部分的等效總磁通研是不同的，有些部分能會提前飽和。因此，磁性器件集成的分析與研究將會更加復(fù)雜。但其所帶來的高功率密度的優(yōu)勢，必是將來電源發(fā)展的趨勢。自1995年至今，美國電力電子系統(tǒng)中心 (CPKS ）對磁性器件集成作了很多的研究工作.使用耦合電感的概念對多相BUCK電感集成做了深入研究。且應(yīng)用于各種不同類型的變換器中。2002年.香港大學(xué)Yim-Shu Lee等人也提出一系列對于磁集成技術(shù)的探討與設(shè)計
(3)電容
不同的電容在電源適配器中的作用：濾波電容作為線性濾波元件用丁抑制外部噪聲進入電源內(nèi)部以及內(nèi)部噪聲外出，例如通常所說的X電容是用來抑制正態(tài)噪聲的，而Y電容是用來抑制共模噪聲。吸收電容可吸收開關(guān)管、變壓器、電感等產(chǎn)生的浪涌，用于保護開關(guān)電路。平波電容用十平滑紋波電流。通常要求電容的體積小、泄漏電流小、等效串聯(lián)電阻(ERS）小。當有電流通過電容時，ERS小，電容自身的發(fā)熱就小，對能效的改進是有益的。
目前研究的重點是開發(fā)適合于功率電源系統(tǒng)用的新型電容器和超級大電容。要求電容量大、等效電阻（ESB)小、體積小等。美國KEMET電子公司在20世紀90年代末已開發(fā)出330uF新型固體(Solid Tantalum}電容,其ESR從原來的500m降到30m。

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| 發(fā)布時間：2017.10.06 來源：電源適配器廠家

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