随着电子集成的发展,器件和设备小型化的趋势越来越明显,电源也是如此。高功率密度、小型化、薄型化、碎片化一直是电源技术的发展方向。那么,决定电源小型化的主要因素是什么呢?
1.工作效率
提高开关电源的工作频率-高频功率半导体器件:提高工作频率可以提高功率密度。在相同的指标要求下,电路的工作频率增加,需要更高频率的功率晶体管,因此电路中可以使用更小的输出电感和滤波电容,这意味着电感和电容的体积将大大减小,从而提高整个电路的体积和重量。但必须注意的是,随着开关频率的提高,开关元件和无源元件的损耗也随之增加,高频寄生参数、高频EMI等新问题也随之产生。
在过去的开关电源中,变压器的体积往往占总供电体积的一半以上。事实上,提高工作频率对于减小变压器体积是非常明显的。
2.采用新变压器。
随着技术的提高,为了进一步减小变压器的体积,可以采用平面变压器和压电变压器,这样可以使高频功率变换器轻、小、薄、功率密度高。平面磁芯的成功开发可以实现平面变压器的设计。由于平面变压器要求磁芯和绕组是平面的,因此应采用多层印刷电路板绕组。平面变压器具有高频、低剖面、小高度和高工作频率的特点。压电变压器利用压电陶瓷“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的特性来传递能量。其等效电路类似串并联谐振电路,是功率转换领域研究和应用的热点之一。
3.模块化和集成
大量的无源器件增加了电源的体积。如果能够将这些无源器件集成在一起,不仅可以减少电源的体积,还可以大大降低电源的成本,从而扩大利润。将电源系统集成在一个芯片上,可以使电源产品更加紧凑和小巧,同时减少引线长度,从而减少寄生参数。低温共烧陶瓷(LTCC)集成技术已经成为被动集成的主流技术。LTCC技术用于将无源元件嵌入和集成到电源电路中。在LTCC技术的基础上,可以进行三维电路设计,从而减小电源电路的体积。同时嵌入了无源元件的集成,相应降低了安装成本,一举两得。此外,我们还可以考虑元器件选择和PCB布局,简化电路,选择小封装元器件,进行合理紧凑的PCB布局,从而进一步减小电源的体积。
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