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分析华普诺LED开关电源技术的技巧所在
来源:开关电源  时间:2016-04-07 10:26 浏览:

    20世纪60年代初的时候,人们开发出了led开关电源,并且慢慢的的取代了线性稳压电源和SCR相控电源。发展的这几十年led开光电源技术有很大的发展和变化,经历了功率半导体器件、高频化和软开关技术、开关电源系统的集成技术三个发展阶段。

  功率半导体器件从双极型器件(BPTSCRGTO)发展为MOS型器件(功率MOSFETIGBTIGCT),使电力电子系统有可能实现高频化,并大幅度降低导通损耗,电路也更为简单。

  自上世纪80年代开始,高频化和软开关技术的开发研究,使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。

  上世纪90年代中期,集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展,它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。

  关注点一:功率半导体器件性能

  1998年,Infineon公司推出冷MOS管,它采用“超级结”(Super-Junction)结构,故又称超结功率MOSFET。工作电压600V800V,通态电阻几乎降低了一个数量级,仍保持开关速度快的特点,是一种有发展前途的高频功率半导体器件。

  IGBT刚出现时,电压、电流额定值只有600V25A。很长一段时间内,耐压水平限于1200V1700V,经过长时间的探索研究和改进,现在IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A4500V/1800A,高压IGBT单片耐压已达到6500V,一般IGBT的工作频率上限为20kHz40kHz,基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT,可工作于150kHz(硬开关)300kHz(软开关)

  IGBT的技术进展实际上是通态压降,快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同,IGBT20年历史发展进程中,有以下几种类型:穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。

  碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料,其优点是:禁带宽、工作温度高(可达600)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等,有利于制造出耐高温的高频大功率半导体器件。

  可以预见,碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。

关注点二:开关电源功率密度

  提高led开关电源的功率密度,使之小型化、轻量化,是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话,数字相机等)尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有:

  一是高频化。为了实现电源高功率密度,必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。

  二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。

  压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量,其等效电路如同一个串并联谐振电路,是功率变换领域的研究热点之一。

  三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量,必须设法改进电容器的性能,提高能量密度,并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器,要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。

  关注点三:高频磁与同步整流技术

  电源系统中应用大量磁元件,高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件,有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求:损耗小,散热性能好,磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注,纳米结晶软磁材料也已开发应用。

  高频化以后,为了提高开关电源的效率,必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。

  对于低电压、大电流输出的软开关变换器,进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流SR技术,即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管,代替萧特基二极管(SBD),可降低管压降,从而提高电路效率。

  关注点四:电磁兼容性

  高频开关电源的电磁兼容EMC问题有其特殊性。功率半导体开关管在开关过程中产生的di/dtdv/dt,引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰。有些情况还会引起强电磁场(通常是近场)辐射。不但严重污染周围电磁环境,对附近的电气设备造成电磁干扰,还可能危及附近操作人员的安全。同时,电力电子电路(如开关变换器)内部的控制电路也必须能承受开关动作产生的EMI及应用现场电磁噪声的干扰。上述特殊性,再加上EMI测量上的具体困难,在电力电子的电磁兼容领域里,存在着许多交*科学的前沿课题有待人们研究。国内外许多大学均开展了电力电子电路的电磁干扰和电磁兼容性问题的研究,并取得了不少可喜成果。近几年研究成果表明,开关变换器中的电磁噪音源,主要来自主开关器件的开关作用所产生的电压、电流变化。变化速度越快,电磁噪音越大。

  总之,LED开关开电源系统集成是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。

 

 

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