模塊電源與應用

(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，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。

而同步整流技術利用導通電阻小，低耐電壓的場效應管（MOSFET）來代替普通整流二極管。由于同步整流MOSFET具有導通電阻低（一般只有幾mΩ）、阻斷時漏電流小、開關工作頻率高的特點，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，但是在具體應用中同步整流的實現要比二極管整流要復雜些。在開關電源的低電壓大電流輸出應用場合，同步整流技術有著很好的應用前景。

(3）磁性元器件的損耗
變壓器損耗也是模塊開關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、工藝結構等有關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損耗，為了減小變壓器的鐵損，應選擇高頻特性好、高頻損耗小、磁芯結構形狀合理、結構緊湊的磁芯材料。

同時為了減小模塊開關電源的體積，應盡力提高模塊開關電源的開關工作頻率，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工作頻率有密切關系，在磁性元器件允許的工作頻率范圍內，磁性元器件的尺寸和開關工作頻率成反比，要想減小模塊開關電源高頻開關變壓器和電感等磁性元器件的體積，需提高開關工作頻率。

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

模塊開關電源的發(fā)展趨勢
模塊開關電源的以下幾個發(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。同時模塊開關電源的瞬時負載動態(tài)響應特性要快；

● 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。而要實現以上的有關技術要求，只有在電路拓撲、性能更為優(yōu)秀的元器件、封裝、散熱、有關控制集成電路的生產和電路加工制造技術等方面進行改進。

● 模塊開關電源的設計日趨標準化，控制電路越來越多的采用數字控制方式；

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

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

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

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