開關電源進入高效率功率變換時代

電子設備特別是計算機的不斷小型化,要求供電電源的體積隨之小型化,因而開關電源開始替代以笨重的工頻變壓器為特征的線性穩(wěn)壓電源,同時電源效率得到明顯提高。電源體積的減小意味著散熱能力的變差,因而要求電源的功耗變小,即在輸出功率不變的前提下,效率必須提高。
    相同體積的電源的功率耗散基本相同,因此,欲得到更大的輸出功率,必須提高效率,同時,高的電源效率可以有效地減小功率半導體器件的應力,有利于提高其可靠性。
功率半導體器件的進步:高效率功率變換的根本
    功率半導體器件的進步特別是PowerMOSFET的進步引發(fā)出功率變換的一系列的進步:PowerMOSFET的極快的開關速度,使開關電源的開關頻率從雙極晶體管的20kHz提高到100kHz以上,有效地減小了無源儲能元件(電感、電容)的體積。低壓PowerMOSFET使低壓同步整流成為現(xiàn)實,器件的導通電壓從肖特基二極管的0.5V左右,降低到同步整流器的0.1V甚至更低,使低壓整流器的效率至少提高了10%。高壓PowerMOSFET的導通壓降和開關特性的改善,提高了開關電源的初級效率。功率半導體器件的功耗的降低也使散熱器和整機的體積減小。
    電源界有一個不成文的觀點:不穩(wěn)壓的比穩(wěn)壓的效率高、不隔離的比隔離的效率高、窄范圍輸入電壓的比寬范圍輸入的效率高。Vicor的48V輸入電源模塊的效率達到97%。交流輸入開關電源需要功率因數校正,由于功率因數校正已具有穩(wěn)壓功能,在對輸出紋波要求不高的應用(如輸出接有蓄電池或超級電容器),可以采用功率因數校正加不調節(jié)的隔離變換器電路拓撲,國外在1986年已有產品,效率到達93%以上。

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