电源IC技术新突破 ZVS技术降压稳压器诞生
摘要:随着信息化社会的日新月异,包括计算机、通讯系统、医疗器械、一般家电产品和工业产品等在内的电子设备日益普及、发展神速,电源作为其中一个重要的组成部分,也越来越受到重视。由于电子设备多样化的发展,对电源的需求也日益复杂,对稳压电源的转换效率、体积、重量等的要求也日益提高。这样,开关电源便应运而生了。&n...
随着信息化社会的日新月异,包括计算机、通讯系统、医疗器械、一般家电产品和工业产品等在内的电子设备日益普及、发展神速,电源作为其中一个重要的组成部分,也越来越受到重视。由于电子设备多样化的发展,对电源的需求也日益复杂,对稳压电源的转换效率、体积、重量等的要求也日益提高。这样,开关电源便应运而生了。
近年来开关电源技术有了飞速的发展和变化,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(BPT、SCR、GTO)发展为MOS型器件(功率MOSFET、IGBT、IGCT等),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。
这些进步一直以来都是在芯片外部来设计完成的。现在,随着工艺技术的进步,电源IC技术也获得了空前的发展。Vicor公司推出了Picor PI33XX Cool-Power ZVS降压稳压器系列,这高效率的负载点DC-DC稳压器,为板级设计师提供最高的功率密度及设计灵5活性。PI33XX系列集成了高性能零电压开关(ZVS)拓扑,增加了点负载性能,提供业界一流的效率,峰值效率高达98%。
Vicor营销和业务发展副总裁Robert Gendron说:“Picor PI33XX Cool-Power ZVS降压稳压器系列允许设计师在板上实现高性能的点负载点电源;负载点降压稳压器内集成ZVS软开关拓扑,创建了行业新的性能标准。结合Vicor各种功率传输至板上的方案,我们正在实现整个配电链,从输入直至点负载的最佳效率。”
降压稳压器的关键要求通常是尺寸和效率。由于印刷电路板(PCB)面积弥足珍贵,设计人员基本上都不太愿意分配额外的空间给功率设计方案。此外,由于单片机和数字信号处理器(DSP)不断推陈出新,电路板设计方案也不断升级,尽管功率有所增加,但产品尺寸却不能增大了。因此,高密度稳压器便顺着最新IC集成技术、MOSFET及封装工艺的改良而不断发展。纵使这样,这些稳压器还是无法满足新系统的应用要求,尤其是系统内部的功率密度正日益提高。其主要原因是开关损耗阻碍稳压器MOSFET的内部性能。
导致稳压器MOSFET开关损耗主要原因是:高电平端MOSFET导通、米勒栅极电荷以及体二极管传导损耗。高电平端MOSFET导通时,正好是稳压器MOSFET进行最高电压和电流开关的时候,由此带来最大功率损耗。随着转换或稳压的输入电压的增高,这些损耗将进一步放大。
输入电压越高,主MOSFET的电压也就越高,导通损耗也就越大。这些开关损耗将阻碍整个功率系统的发展,无法取得突破性的进展。Vicor首席应用工程师ChrisSwartz举例说,“在工业流程控制系统中,要想将24V稳压至3.3V,需要通过两级降压稳压器:首先,将24V电压转换到12V;然后,再将12V电压转换到3.3V。相反,有些稳压器只需要一次转换,如PI33XX,可以直接将24V电压转换到3.3V,不仅提高效率,而且大幅降低成本,缩小空间,并提高可靠性。”
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