闡述開(kāi)關(guān)電源的十大熱門(mén)關(guān)注

電源一直是電子行業(yè)里非常熱門(mén)的技術(shù)，而它的發(fā)展趨勢(shì)又是大家必須時(shí)刻關(guān)注的問(wèn)題，不然一不留神就會(huì)跟不上技術(shù)發(fā)展的步伐。筆者做了項(xiàng)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展關(guān)注焦點(diǎn)調(diào)查，得出來(lái)以下十個(gè)熱門(mén)關(guān)注點(diǎn)。

　　關(guān)注點(diǎn)一：功率半導(dǎo)體器件性能

　　1998年，Infineon公司推出冷mos管，它采用“超級(jí)結(jié)”（Super-Junction）結(jié)構(gòu)，故又稱超結(jié)功率MOSFET。工作電壓600V～800V，通態(tài)電阻幾乎降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，仍保持開(kāi)關(guān)速度快的特點(diǎn)，是一種有發(fā)展前途的高頻功率半導(dǎo)體電子器件。

　　IGBT剛出現(xiàn)時(shí)，電壓、電流額定值只有600V、25A。很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，耐壓水平限于1200V～1700V，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索研究和改進(jìn)，現(xiàn)在IGBT的電壓、電流額定值已分別達(dá)到3300V/1200A和4500V/1800A，高壓IGBT單片耐壓已達(dá)到6500V，一般IGBT的工作頻率上限為20kHz～40kHz，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150kHz（硬開(kāi)關(guān)）和300kHz（軟開(kāi)關(guān)）。

　　IGBT的技術(shù)進(jìn)展實(shí)際上是通態(tài)壓降，快速開(kāi)關(guān)和高耐壓能力三者的折中。隨著工藝和結(jié)構(gòu)形式的不同，IGBT在20年歷史發(fā)展進(jìn)程中，有以下幾種類型：穿通（PT）型、非穿通（NPT）型、軟穿通（SPT）型、溝漕型和電場(chǎng)截止（FS）型。

　　碳化硅SiC是功率半導(dǎo)體器件晶片的理想材料，其優(yōu)點(diǎn)是：禁帶寬、工作溫度高（可達(dá)600℃）、熱穩(wěn)定性好、通態(tài)電阻小、導(dǎo)熱性能好、漏電流極小、PN結(jié)耐壓高等，有利于制造出耐高溫的高頻大功率半導(dǎo)體電子元器件。

　　可以預(yù)見(jiàn)，碳化硅將是21世紀(jì)最可能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料。

　　關(guān)注點(diǎn)二：開(kāi)關(guān)電源功率密度

　　提高開(kāi)關(guān)電源的功率密度，使之小型化、輕量化，是人們不斷努力追求的目標(biāo)。電源的高頻化是國(guó)際電力電子界研究的熱點(diǎn)之一。電源的小型化、減輕重量對(duì)便攜式電子設(shè)備（如移動(dòng)電話，數(shù)字相機(jī)等）尤為重要。使開(kāi)關(guān)電源小型化的具體辦法有：

　　一是高頻化。為了實(shí)現(xiàn)電源高功率密度，必須提高PWM變換器的工作頻率、從而減小電路中儲(chǔ)能元件的體積重量。

　　二是應(yīng)用壓電變壓器。應(yīng)用壓電變壓器可使高頻功率變換器實(shí)現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度。壓電變壓器利用壓電陶瓷材料特有的“電壓-振動(dòng)”變換和“振動(dòng)-電壓”變換的性質(zhì)傳送能量，其等效電路如同一個(gè)串并聯(lián)諧振電路，是功率變換領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

　　三是采用新型電容器。為了減小電力電子設(shè)備的體積和重量，必須設(shè)法改進(jìn)電容器的性能，提高能量密度，并研究開(kāi)發(fā)適合于電力電子及電源系統(tǒng)用的新型電容器，要求電容量大、等效串聯(lián)電阻ESR小、體積小等。

　　關(guān)注點(diǎn)三：高頻磁與同步整流技術(shù)

　　電源系統(tǒng)中應(yīng)用大量磁元件，高頻磁元件的材料、結(jié)構(gòu)和性能都不同于工頻磁元件，有許多問(wèn)題需要研究。對(duì)高頻磁元件所用磁性材料有如下要求：損耗小，散熱性能好，磁性能優(yōu)越。適用于兆赫級(jí)頻率的磁性材料為人們所關(guān)注，納米結(jié)晶軟磁材料也已開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

　　高頻化以后，為了提高開(kāi)關(guān)電源的效率，必須開(kāi)發(fā)和應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。它是過(guò)去幾十年國(guó)際電源界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。