為了滿足市場對電源性能不斷提高的要求,直流模塊電源開始向高效率、高功率密度、低壓大電流、低噪音、良好的動態(tài)特性以及寬輸入范圍等方向發(fā)展,薄型化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化并以積木的方式進行組合的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到了日益廣泛的應(yīng)用。下面就其重點加以分析。
(1)高功率密度高效率現(xiàn)代通信產(chǎn)品對體積的要求越來越高,這勢必要求模塊電源減小體積、提高功率密度,而提高效率是與之相輔相成的。目前的新型轉(zhuǎn)換及封裝技術(shù)可使電源的功率密度達(dá)到188W/in3,比傳統(tǒng)的電源功率密度增大不止一倍,效率可超過90%。之所以能達(dá)到這些指標(biāo),應(yīng)歸功于微電子技術(shù)的發(fā)展使大量高性能的新型器件涌現(xiàn)出來,從而使損耗降低。較典型的是高性能的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFETs),其在同步整流器中取代了傳統(tǒng)設(shè)計中使用的二極管,使壓降由0.4V降到0.2V;功率MOSFET制造商正在開發(fā)導(dǎo)通電阻越來越小的器件,其導(dǎo)通電阻已由180mΩ降到18mΩ;高度的硅晶片集成使元件數(shù)目減少2/3以上,結(jié)構(gòu)緊密、相對于分立元件的布局減小了雜散電感和連線電阻。南京鵬圖電源針對模塊電源從電路設(shè)計、制造工藝,到檢測等項目進行全線創(chuàng)新,現(xiàn)推出了高功率密度的模塊電源,其滿足工業(yè)級-40~~+85℃的工作條件下滿負(fù)載長期工作,高效率可使功耗相對減少,工作溫度降低,所需的輸入功率減少,也提高了功率密度。
(2)低壓大電流隨著微處理器工作電壓的下降,模塊電源輸出電壓亦從以前的5V降到了現(xiàn)在的3.3V甚至1.8V,業(yè)界預(yù)測,電源輸出電壓還將降到1.0V以下。與此同時,集成電路所需的電流增加,要求電源提供較大的負(fù)載輸出能力。對于1V/100A的模塊電源,有效負(fù)載相當(dāng)于0.01Ω,傳統(tǒng)技術(shù)難以勝任如此高難度的設(shè)計要求。在10mΩ負(fù)載的情況下,通往負(fù)載路徑上的每mΩ電阻都會使效率下降10%,印制電路板的導(dǎo)線電阻、電感器的串聯(lián)電阻、MOSFET的導(dǎo)通電阻及MOSFET的管芯接線等對效率都有影響。南京鵬圖電源通過新技術(shù)把對電路整體布局至關(guān)重要的功率半導(dǎo)體和無源元件集成在一起,構(gòu)成功能完善的基本模塊,降低了通往負(fù)載路徑上的電阻,從而降低了功耗并縮小了尺寸。也將利用基本模塊組合起來的多相設(shè)計技術(shù)逐步得到推廣。由于每相輸出電流減小,可以采用較小的功率MOSFET和較小的電感器和電容器,這樣也簡化了設(shè)計。市場上已出現(xiàn)的基本功率模塊封裝只有11mm×11mm大小,開關(guān)頻率1MHz,級聯(lián)多個模塊和相關(guān)元件,可獲得大于100A的工作電流,與其它采用分立式元件的電路相比,其效率提高了6%,功率損耗降低25%,器件尺寸縮小50%左右
(3)利用軟件設(shè)計電源如今通信系統(tǒng)中,直流電壓的品種不斷增加,功率密度和集成度的提高亦增加了設(shè)計難度,傳統(tǒng)的手工設(shè)計與驗證已無法適應(yīng)快速變化的市場需求,于是,電源輔助設(shè)計軟件應(yīng)運而生了。這些軟件可指導(dǎo)元器件選擇,并提供材料清單、電路仿真及熱分析,縮短了電源設(shè)計的周期,提高了電源的性能。輔助設(shè)計軟件可使用多種參數(shù)定制電源,包括輸入及輸出電壓范圍、大輸出電流等,引導(dǎo)設(shè)計人員進行器件選擇,它包含完整的變壓器設(shè)計,使用多種拓?fù)浞椒▉砭C合電路,按成本或效率進行優(yōu)化,并輸出元件清單。
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