开关电源技术的最新进展
| 品有了小型化的意义。然而目前VICOR公司的PRM 的技术及产品仍旧没有彻底过关推向市场，只有VTM 能批量进入市场，但其技术方向是对的。其实PRM 加上VTM 组合成一组电源 target=_blank>稳压电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源，本质上就是美国SYNQOR 公司的专利———级联技术；其第一级用于稳压，第二级用于隔离和变压。 笔者最近把PRM这种思维方式改进了一下，将PRM中的Buck-Boost给分开，要末选择Buck，要末选择Boost。选择Buck时，采用1MHz工作频率的预检侧栅驱动控制技术，将输入电压降到某一个中间值电压，然后再加上VTM 就组成了一套高功率密度的电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源。选择Boost时，采用1MHz 工作频率的同步Boost 控制技术，将输入电压升到某一个较高的中间值，再加上VTM 也组成一套高功率密度电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源。 VTM的优点在于突破性的技术思维方式，这种思维方式的全面推广在目前的中国还有困难，还要相当长时间的发展。这要有足够的风险投资机制，还要从政府到企业有较长远的眼光，不要投一点资就盼望立竿见影。VICOR的VTM中有3 项专利技术，大家知道越是专利技术多的项目就越容易突破，很多专利技术是谁想到了谁就掌握了，我们只好等十年后再用这项技术了。 5 非隔离DC/DC 技术的迅速发展 近年来，非隔离的DC/DC技术上发展迅速。由于目前一套电子设备或电子系统因负载不同，会要求电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源系统提供多个电压挡级。例如台式PC机就要求有+12 V，+5 V，+3.3 V，-12 V 四种电压以及待机的+5V电压。到了主机板上，就要求2.5V，1.8 V，1.5 V甚至1 V等。为此，一套AC/DC 中不可能给出这样多的电压输出，而且大多数低压供电电流都很大。因此开发了很多非隔离的DC/DC 变换器，它们基本上可以分成两大类。一类是内部含有功率开关器件的称做DC/DC 转换器。另一类不含功率开关器件需要外接功率MOSFET的称作DC/DC 控制器。按照电路功能划分，有降压的Buck；有升压的Boost；有又能升压又能降压的Buck-Boost 或SEPIC；还有正压转成负压的INVERTOR等。其中品种最多，发展最快的还是降压的Buck。根据输出电流的大小，有单相的、两相的以及多相的；控制方式上以PWM为主，少部分为PFM。 在非隔离的DC/DC 转换技术中，优秀技术有TI 公司的预检侧栅驱动技术，它采用数字技术控制同步Buck，采用这种技术的DC/DC 变换器其转换效率最高可以达到97%，其中TPS40071 等是其代表产品。Boost升压方式也出现了采用MOSFET代替二极管的同步Boost的作品。在低压领域，增加效率的幅度 很大，而且正在设法进一步消除MOSFET 的体二极管的导通及反向恢复损耗问题。 而在Buck-Boost电路中，单片集成的IC 目前只有Liner-tech 公司的LTC3443是比较理想的产品，它和VICOR公司的PRM是最相似的，转换效率也比较高，达到95%，只是工作电压还比较低，仅有6V。随着IC制造技术的进步，这种电路的工作电压会逐渐提高到20V、40V、60V，乃至100V的。这时，完全的单片IC 制作出的“PRM”就达到完美无缺了。 6 PFC技术的重大突破 在2006 年3 月于美国召开的APEC 会议和中国上海召开的PICM 会议上，工程师们提出了没有整流桥的PFC 电路技术，而且已经迅速实用化。它采用两只电感，两只功率MOSFET，两只快恢复二极管组成PFC 的升压电路，分别工作在各50%的半周期，从而省掉了造成功耗的整流桥，特别在输入电压的低端，即AC 90V 输入时，效率的提升高达1.5 个百分点。由于这种电路的输入和输出没有共地点，因而给输入电压的检测带来麻烦，美国IR公司的采用ONE SYCLE 专利技术设计制造的PFC 控制IC IR1150S 正好省掉了对输入电压的检测这个环节，因而IR1150S成为制作无整流桥PFC 的最方便的控制IC，这种工作方式的电路将PFC 的效率又提高了一个多百分点。对该项技术感兴趣的工程师可以留意相关报道。 TI公司最新推出的交互式PFC 技术也给PFC技术带来了重大进步。两相交互式PFC的电路采用两个升压电感，两个功率MOSFET，以180°的相位差交替工作。输出同样的功率时，平均输入电流只有一半，因而降低了输入EMI 滤波器的功耗，降低了EMI 的强度，从而提高了效率，简化了大功率PFC 处理EMI 的难度。采用交互式PFC电路，其EMI 的强度仅相当于单路一半功率的强度。此外，输出电压的纹波也减小了一半11.04 0 T，如果不要求保持时间的话，输出的大BULK 电容也可以减小一半。目前TI 公司推荐的该系统由UCC28528 和UCC28221 组成。新的独立的控制IC 即将问世。这项技术无疑会使大功率电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源的PFC 部分在转换效率和EMI 处理上有了明显的进步。 7 电源 target=_blank>开关电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源的数字化 目前在整个的电子模拟电路系统中，电视系统数字化了，通讯也数字化了，没有通讯的数字化就没有今天移动电话带来的极其方便，极其精彩的生活，至于网络等更是数字化的专属领域。而最后一个没有数字化的堡垒就是电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源领域了。近年来，数字电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源的研究势头与日俱增，成果也越来越多。在电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源数字化方面走在前面的公司有TI 和Microchip 即德州仪器公司和微芯国际公司。TI 公司既有数字信号处理(DSP)方面的技术优势，又兼并了PWM IC 顶级的专业制造商UNITRODE 公司，所以它们合并在一起最具有技术实力。TI 公司已经用DSP的TMS320C28F10制成了通讯用的48V输出大功率电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源模块。其中PFC 和PWM 部分完全为数字式控制。现在，TI公司已经研发出了多款数字式PWM 控制芯片。目前主要是UCD7000 系列、UCD8000 系列和UCD9000 系列，它们将成为下一代数字电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源的探路者。 UCD7000 系列主要是数字控制的功率驱动级，既有驱动正激电路的，也有驱动推挽和半桥电路的。它需要微控制器（μC）或DSP给出PWM的数控信号，才能构成一个完整的数字电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源。已经推出的产品有UCD7201，UCD7100，UCD7440，UCD7230 等。其中分别控制正激电路，半桥电路以及非隔离的Buck电路。 UCD8000 系列主要是将数字式的PWM和驱动部分集成在一起。用它设计数字电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源只需外加μC 或DSP 即可。例如UCD8620 配合UCD9110就可以组成一个数控半桥电路。 UCD9000 系列则主要包括DSP 及数字PWM部分，它需要与UCD7000 系列合作来组成数字电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源。 总之，它们总体上既要包括硬件部分，还要做软件编程。硬件部分包括PWM的逻辑部分，时钟，放大器环路的模数转换、数模转换以及数字处理、驱动信号、同步整流的检测和处理等。 对数字电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源的探讨，美国iWatt公司则走创新之路，它研制的iW 数字控制器，区别于模拟控制器，不采用PWM 技术，而是在芯片内置优化算法逻辑，不必用户另外编程，就可以直接应用控制器内部脉冲优化技术，实现数字控制的电源 target=_blank>开关电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源。iW系列有不带PFC 的iW2201 及带PFC 的iW2202。它应用了一种“pulse Train”专利技术，内含一个“功率脉冲发生器”（用于强电控制）和一个“检测脉冲发生器”（用于弱电数字处理）。控制器检测输入电压及负载的状态，不必外部编程，通过芯片内部最优化逻 辑算法，产生“功率周期”、“传感周期”和“智能跳跃周期”等控制模式，决定开关管的通断。iW 系列芯片使用简单，目前已实现了200W的功率输出。 在目前电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源领域里的竞争主要还是性能价格的竞争，所以数字电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源还有很长的路要走；然而电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源领域的数字化的号角已经吹响了。 8 在电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源行业和电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源市场中的新政策 这本来是一个与技术不相关的话题，然而我国目前能源紧缺，而电源 href="http://dianyuan.gkzhan.com" target=_blank>电源行 |
