電源適配器能效改進技術發(fā)展

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電源適配器能效改進技術發(fā)展

外部電源適配器從結構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電源。開關電源具有體積小,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&為關鍵。

(1)功率半導體器件
電源中的功率半導體器件，主要通過以下方式提高能效:提高導通和關斷瞬間的速度，降低導通和關斷瞬間的能耗;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)定性好和關斷損耗及開通損耗小等特性。
雙極晶體管具有開關速度高的特點，但其反向漏電和驅動功率都比較大，而MOS FET與此正好向反。絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是結合了MOS FET與GTP的優(yōu)點于一身的。IGBT的技術進展實際上是通態(tài)壓降,快速開關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)型結構應用新技術制造的IGBT,可工作于150 kHz(硬開關)和300kHz(軟開關)。在功率半導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、導熱性能好、瓶電流極小、PN結耐壓尚等，有利于制造出酎高溫的高頻人功率半導體器件，將是21世紀較可能成功應用的新型功率半導體器件材料。
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,隨著開關電源開關頻率的提高,開關變換器的體積隨之減少，功率密度得到大幅提升，但開關損耗隨之增加，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，這樣在開關晶體管導通期間漏感莆積能量，在開關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管造成損傷,另一方面它加長了開關時間.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，其中磁集成技術在電源中的應用越來越被人重視。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。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。磁性元件集成技術應用的一個主要難點在于常規(guī)的磁性元件設計方法已經(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。且應用于各種不同類型的變換器中。2002年.香港大學Yim-Shu Lee等人也提出一系列對于磁集成技術的探討與設計
(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管、變壓器、電感等產(chǎn)生的浪涌，用于保護開關電路。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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