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模块电源开展趋向
泉源:深圳英拓展电子有限公司 宣布工夫:2015-6-12 点击:2419 次
模块电源普遍用于互换设置装备摆设、接入设置装备摆设、挪动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通讯范畴和汽车电子、航空航天等。由于接纳模块组建电源体系具有设计周期短、牢靠性高、体系晋级容易等特点,模块电源的使用越来越普遍。尤其近几年由于数据商业的飞速开展和散布式供电体系的不停推行,的增幅曾经凌驾了一次电源。随着半导体工艺、封装技能和高频软开关的少量利用,模块电源功率密度越来越大,转换服从越来越高,使用也越来越复杂。
 
1999到2004年块电源环球市场展望为由30亿美元增长到50亿美元,次要的市场增加点为数据通讯,此中5v输入所占的比例从30%(1999)降落到11%(2004年)。模块电源的开展以下几个意向值得留意:
 
1)高功率密度、高压输入(低于3.3v)、疾速静态呼应的需求推进模块电源的开展。
 
2)非断绝式dc-dc变更器(包罗vrm)比断绝式增加速率更快。
 
3)散布式电源比会合式电源开展快,但会合式供电体系仍将存在。
 
4)尺度设计的dc-dc变更器所占的比重将增大。
 
5)模块电源的设计日趋尺度化,控制电路偏向于接纳数字控制方法。
 
现在国际市场利用模块电源的次要供给商为vicor、astec、lambda、ericcson以及power-one。为完成高功率密度,在电路上,晚期接纳准谐振和多谐振技能,但这一技能器件应力高,且为调频控制,倒霉于磁性器件的优化。厥后这一技能开展为高频软开关和同步整流。由于接纳零电压和零电流开关,大大低落了器件的开关消耗,同时由于器件的开展,使模块的开关频率大为进步,一样平常pwm可达500khz以上。大大低落了磁性器件的体积,进步了功率密度。
 
高频化:为减少开关变更器的体积,进步其功率密度,并改进静态呼应,小功率dc-dc变更器开关频率将由如今的200-500khz进步到1mhz以上,但高频化又会发生新的题目,如:开关消耗以及无源元件的消耗增大,高频寄生参数以及高频emi的题目等。
 
 软开关:为进步服从接纳种种软开关技能,包罗无源无损(吸取网络)软开关技能,有源软开关技能,如:zvs/zcs谐振、准谐振、恒频零开关技能等,减小开关消耗以及开关应力,以完成高服从的高频化。如美国vicor公司开辟的dc-dc高频软开关变更器,48/600w输入,服从为90%,功率密度120w/in3,日本lambda公司接纳有源箝位zvs-pwm正反激组合变更以及同步整流技能,可使dc-dc变更模块的服从达90%。
 
 高压输入:比方古代微处置器的vrm电压将为1.1-1.8v,便携式电子设置装备摆设的dc-dc变更器输入电压为1.2v,特点是负载变革大,少数状况下事情低于备用形式,临时轻载运转。要求dc-dc变更用具有如下特性:a)负载变革的整个范畴内服从高。b)输入电压低(cmos电路的消耗与电压的平方成反比,供电电压低,则电路消耗小)。c)功率密度高。这种模块接纳集成芯片的封装情势。
 
低落热阻,改进散热——为改进散热和进步功率密度,中大功率模块电源多数接纳多块印制板叠合封装技能,控制电路接纳平凡印制板置于顶层,而功率电路接纳导热功能优秀的板材置于底层。晚期的中大功率模块电源接纳陶瓷基板改进散热,这种技能为顺应大功率的必要,开展成为间接键合铜技能(direct copper bond,dcb),但由于陶瓷基板易碎,在基板上安置散热器难,功率品级不克不及做得很大。厥后这一技能开展为用绝缘金属基板(insutalted mental substrate,ims)间接蚀刻线路。最为罕见的基板为铝基板,它在铝散热板上间接敷绝缘聚合物,再在聚合物上敷铜,经蚀刻后,功率器件间接焊接在铜上。为了制止间接在ims上贴片形成热失配,还可以间接接纳铝板作为衬底,控制电路和功率器件辨别焊于多层(大于四层,做变压器绕阻)fr-4印制板上,然后把焊有功率器件的一壁经过导热胶粘接在已成型的铝板上牢固封装。不少模块电源为了更利于导热、防潮、抗震,举行了紧缩密封。最常用的密封质料是硅树脂,但也有接纳聚氨酯橡胶或环氧树脂质料。后两种方法绝缘功能好,机器强度高,导热功能好,成为比年来模块电源的开展趋向之一,是进步模块功率密度的要害技能。
 
  二次集成和封装技能——为进步功率密度,比年开辟的模块电源无一破例接纳外表贴装技能。由于模块电源的热量严峻,接纳外表贴装技能肯定要留意贴片器件和基板之间的热婚配,为了简化这些题目,近来呈现了mlp(multilayer polymer)片状电容,它的温度收缩系数和铜、环氧树脂添补剂以及fr4 pcb板都很靠近,不易呈现象钽电容和磁片电容那样因温度变革过快而惹起电容生效的题目。别的为进一步减小体积,二次集成技能开展也很快,它是间接置办裸芯片,经组装乐成能模块后封装,焊接于印制板上,然后键合。这一方法功率密度更高,寄生参数更小,由于接纳相反质料的基片,差别器件的热婚配更好,进步了模块电源的抗冷热打击才能。李泽元传授向导的cpes在工艺上正在研讨ipem(integratedpower electronics module),它是一种三维的封装布局,次要针对功率电路,代替线键合技能。
 
  扁平变压器和磁集成技能——磁性元件每每是电源中体积最大、最高的器件,减小磁性元件的体积就进步了功率密度。在中大功率模块电源中,为满意尺度高度的要求,大局部的专业消费厂家本人定做磁芯。而现有的磁性供给商只要飞利浦可以提供通用的扁平磁芯,且这种变压器的绕组制造也存在肯定难度。接纳这种磁芯可以进一步减小体积,延长引线长度,减小寄生参数。cpes不停在研讨一种磁集成技能,福州大学的陈为传授3年前在cpes研讨了磁集成技能,他们做的一个样机是半桥电路,输入整流接纳倍流整流技能,并且输入真个两个电感跟主变压器集成在一个铁芯里,最初到达的功率密度为300w/in3。倍流整流技能实用于输入电流大,对di/dt要求高的场所,好比在完成vrm的电路中就每每用这种整流电路。

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