模塊電源與應(yīng)用

(2）整流二極管的損耗與同步整流
在傳統(tǒng)的整流中采用二極管整流，而在低電壓輸出條件下一般采用肖特基二極管整流，肖特基二極管和其他整流二極管相比具有開關(guān)速度快，正向電壓降低的優(yōu)點，但是肖特基二極管的正向電壓降和整流輸出電流的大小有關(guān)，整流輸出電流越大則正向電壓降越大，有可能高達0.5～0.6V或更大，并且肖特基二極管的反向漏電流較大。

而同步整流技術(shù)利用導(dǎo)通電阻小，低耐電壓的場效應(yīng)管（MOSFET）來代替普通整流二極管。由于同步整流MOSFET具有導(dǎo)通電阻低（一般只有幾mΩ）、阻斷時漏電流小、開關(guān)工作頻率高的特點，可以極大的減小電源整流部分的功耗，使電源系統(tǒng)的工作效率明顯得到提高，但是在具體應(yīng)用中同步整流的實現(xiàn)要比二極管整流要復(fù)雜些。在開關(guān)電源的低電壓大電流輸出應(yīng)用場合，同步整流技術(shù)有著很好的應(yīng)用前景。

(3）磁性元器件的損耗
變壓器損耗也是模塊開關(guān)電源損耗的重要部分，變壓器損耗主要有鐵損和銅損。鐵損是指由由變壓器的材料、形狀、工藝結(jié)構(gòu)等有關(guān)因素而引起的高頻損耗，銅損是指由變壓器繞組線路而引起的傳導(dǎo)損耗，為了減小變壓器的鐵損，應(yīng)選擇高頻特性好、高頻損耗小、磁芯結(jié)構(gòu)形狀合理、結(jié)構(gòu)緊湊的磁芯材料。

同時為了減小模塊開關(guān)電源的體積，應(yīng)盡力提高模塊開關(guān)電源的開關(guān)工作頻率，如要提高到500kHz左右或更高，普通磁芯材料的損耗很大，磁芯很容易過熱而磁飽和，以至無法正常工作，所以在模塊開關(guān)電源中必須選用磁特性優(yōu)良的高頻磁芯材料。

磁性元器件的尺寸大小和開關(guān)工作頻率有密切關(guān)系，在磁性元器件允許的工作頻率范圍內(nèi)，磁性元器件的尺寸和開關(guān)工作頻率成反比，要想減小模塊開關(guān)電源高頻開關(guān)變壓器和電感等磁性元器件的體積，需提高開關(guān)工作頻率。

同時，模塊開關(guān)電源中高頻開關(guān)變壓器繞組的設(shè)計也很重要，高頻開關(guān)變壓器的繞組不僅對銅損有影響，而且關(guān)系到高頻開關(guān)變壓器繞組間的耦合，對高頻開關(guān)變壓器的鐵損也有影響，高頻開關(guān)變壓器的設(shè)計和制作對模塊開關(guān)電源的工作性能有很大的影響。

模塊開關(guān)電源的發(fā)展趨勢
模塊開關(guān)電源的以下幾個發(fā)展動向值得注意。

● 功率密度越來越高，低電壓（例如，輸出電壓低于3.3V或更低）、大電流輸出。同時模塊開關(guān)電源的瞬時負載動態(tài)響應(yīng)特性要快；

● 使用的高可靠性，工作安全性要求越來越高；

● 工作效率越來越高（例如美國能源之星的有關(guān)要求）；

美國能源之星對電源有載、空載工作模式下的工作效率和Ecos Consulting制定的80 Plus有關(guān)工作效率要求分別如表1、表2和表3所示。

可見對電源的工作效率要求越來越高。而要實現(xiàn)以上的有關(guān)技術(shù)要求，只有在電路拓撲、性能更為優(yōu)秀的元器件、封裝、散熱、有關(guān)控制集成電路的生產(chǎn)和電路加工制造技術(shù)等方面進行改進。

● 模塊開關(guān)電源的設(shè)計日趨標(biāo)準(zhǔn)化，控制電路越來越多的采用數(shù)字控制方式；

● 開關(guān)工作頻率越來越高，這樣模塊開關(guān)電源的動態(tài)響應(yīng)才能快，這也是減小模塊開關(guān)電源體積的重要途徑。例如，小功率模塊開關(guān)電源的開關(guān)工作頻率已由現(xiàn)在的200～500kHz提高到1MHz以上，但是，模塊開關(guān)電源的高頻化又會產(chǎn)生如開關(guān)損耗以及無源元器件的損耗增大，高頻寄生參數(shù)以及高頻EMI等新問題。

開關(guān)電源一般的PWM開關(guān)控制方式均為硬開關(guān)，PWM硬開關(guān)過程中產(chǎn)生的dv/dt和di/dt都比較大，因而開關(guān)損耗大、沖擊大，功率開關(guān)管結(jié)溫高、工作壽命短。而采用ZVS（零電壓開關(guān)）或ZCS（零電流開關(guān)）開關(guān)可以使功率開關(guān)的過程更為平滑，損耗和沖擊更小，因而可以降低功率開關(guān)管的結(jié)溫，極大地提高開關(guān)電源的工作壽命。另外，高頻開關(guān)本身也是模塊開關(guān)電源中一個主要的噪聲源，大的dv/dt和di/dt都會產(chǎn)生較大的噪聲，采用軟開關(guān)技術(shù)后，大大減小了dv/dt和di/dt，模塊開關(guān)電源本身也獲得了較好的電磁兼容性（EMC）。

為提高模塊開關(guān)電源功率密度，軟開關(guān)和同步整流技術(shù)引起了廣泛的關(guān)注，業(yè)界先后提出了諧振變換器、準(zhǔn)諧振變換器、零開關(guān)PWM變換器、零轉(zhuǎn)換PWM變換器等多種軟開關(guān)技術(shù)。零開關(guān)PWM變換器利用諧振實現(xiàn)換相，換相完畢后仍采用PWM工作方式，從而既能克服硬開關(guān)PWM在開關(guān)過程中的缺陷，又能保留硬開關(guān)PWM變換器的低穩(wěn)態(tài)損耗和低穩(wěn)態(tài)應(yīng)力的優(yōu)點，極大的降低了功率開關(guān)管上的開關(guān)損耗。同時，由于功率器件的發(fā)展，使模塊開關(guān)電源的開關(guān)工作頻率大為提高，一般PWM開關(guān)技術(shù)也可以工作在500kHz以上，極大的降低了磁性元器件的體積，提高了模塊開關(guān)電源的功率密度。

目前世界上比較優(yōu)秀的模塊電源供應(yīng)商有VICOR、ASTEC、LAMBDA、ERICCSON及POWER-ONE等廠商