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电源办理设计小贴士:回到未来,电力电子产品如何变更

2025China.cn   >2019年05月17日

——作者:Robert Taylor

  Robert Taylor是德州仪器的应用司理。

  我于2002年开端在德州仪器(TI)工作;从那时起,电力电子市场全体增长了四倍多,复合年增长率到达了8%阁下。这种弘大的增长得益于电源领域的一些惊人的提高。

  我将在本文中回想在2002年看起来几乎不行能实现的话题。例如,我的首批项目之一是用于低压大电流处理器应用的两相转换器:输入电压为12 V,输入为1 V,电流为40 A,功率级均为250 kHz,输入纹波为500 kHz。我记得,因为电压过低,无法用传统的电子负载测试电源。为了疾速实现一些测试,我应用了一个1米长的铜带离开达加载电源的等效电阻。而当我打开电源时,因为电场的原因,铜环实际上已扭曲。

  咱咱咱们团队为此类电源供给的最新规格是:550 A时为1 V!该设计采纳12相电源,具有先辈的电流同享和瞬态相应技术。咱咱咱们如今拥有一整套试验台,内装专门的测试设备。跟着消费者对互联网和云的必要增长,特定于应用的处理器正变得越来越耗电。

  另外一项激动人心的技术提高是增长宽带隙器件的应用量,如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)。GaN和SiC已存在一段光阴,但在2002年既不行靠也不具有本钱效益,无法用于商业用途。这两种技术都可大幅提高功率密度和开关速率。图1所示为1 kW功率因数校正(PFC)电源,每立方英寸可以或许或许到达156 W - 比超等结硅芯片提高了2倍,比10年条件高了10倍。

  图1 采纳1 kW通用换皇淙电源的99%高效1kW GaN基连续电流情势(CCM)图腾柱功率因数校正(PFC)转换器参考设计

  汽车应用正在增长对车辆内部电源和电子设备的必要。在2002年,可以或许将电源切换到AM无线电频段(2.2 MHz)以上只是一个空想。2018年,咱咱咱们不只可在AM波段之上切换,而咱咱咱们可以或许更 ⒏高效的办法停止切换。德州仪器最新的集成场效应晶体管(FET)转换器的一些开关频率高于6 MHz。半导体技术的提高和封装使这些改良成为可能。图2所示为集成FET转换器的功率密度如何跟着特征尺寸的减小在典型的线性双极互补金属氧化物半导体(BiCMOS)技术中获得扩大。

  半导体封装在收缩尺寸和更高频率切换方面也发挥着重要感化。封装中的寄生损耗上拗瓶关电源正当切换的速率。典型封装先前应用单键线将硅衔接到引线框架引脚,如今咱咱咱们可将铜金属层间接衔接到封装或印刷电路板上,这种范例的封装可低落寄生电感和杂散电容,从而实现更快的转换光阴。与此同时,热办理也获得改良,这在增长功率密度时很重要。

  图2 典型线性BiCMOS技术的睁开

  笔记本适配器(内部适配器)通常称为“砖”。我找了一下,发现一个,并决定称重 - 重达1.35磅!图3比较了2002年笔记本适配器(1.35磅)和2018年笔记本适配器(0.39磅)与真砖头(3.25磅)的尺寸。跟着光阴推移,尺寸上的削减令人惊叹。

  图3 笔记本适配器尺寸的比较

  颠末过程提高效力、提高开关频率和改良热办理,可减小尺寸。但若没有技术打破,很难实现统统三项改良:

  · 谐振拓扑布局,如有源钳位反激和电感电感电容。

  · 多级转换器。

  · GaN和SiC等宽带隙器件。

  · 二次整流和共振。

  2002年的电源适配器的功率密度约为5 W/in3。虽然在其时令人印象深入,但若尺寸更小的话可在观光时便利携带。图4所示为适配器功率密度在曩昔几年中的增长环境。这些测量关乎市售的65-W适配器。

  图4 65-W适配器尺寸和功率密度的改良

  我对电源行业曩昔几年的变更和改良觉得振奋。如今环境很乐观,虽然我无法预测他咱咱们是否会变得更好,但它值得咱咱咱们拭目以待。

  作者简介:

  Robert Taylor是德州仪器的应用司理。

标签:德州仪器 IC 我要反馈 
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