过去数十年间,电子产品的发展可谓一日千里。从前一台仿真式计算器与今天的笔记本电脑相比,在体积, 重量及其工作效率上都不能相并论。再例如个人通讯设备,现在几乎已经普及到人手一只。但是不论电子产品的变化有多快,种类有多繁杂,其中一项产品似乎总被各电子工程师所忽略,它便是电源系统。 以前的线性电源,其大体积、高重量、低效率是电子产品发展的绊脚石,开关电源的问世以后, 其体积、 重量都大大减小,而最重要的是,其效率不减反增。从而推动了电子产品的发展。单从电源系统的发展来看,虽不及其它电子产品发展得快,但也有突破,其中一个最为明显的是电源模块化的新突破。从不断提高开关频率到减低其所需磁器件的体积及重量,使功率密度加以提升方面,都有创新。而从不同的拓扑上,如PWM或零电流/零电压(ZCS/ZVS)开关所达到的电源模块特性亦有所不同。
以Vicor公司所使用的零电流/零电压开关及配合其专利的复位技术,现时便可在1MHz开关频率下达到每一模块最大600瓦的输出功率。但其体积及重量只仅4.6"x2.2"x0.5"(或112.7mmx53。9mmx12.25mm)及227Grams。从而其功率密度达至120W/in3。
而在通讯设备上,由于现时所需的容量增加、3G发展、宽频应用等,都造成所需的电源功率因此也大大增加。随着功率要求大增外,其它问题也相应提出。如: EMI、防干扰、防止浪涌等。而随着不同地区的发展, 因此电源系统的要求已不单只是输出功率的要求。而必须在整体设计上考虑EMI、防干扰、浪涌、瞬态保护、散热设计等都成为要考虑的重要因素。因为不管你设计的电子产品有多先进,功能有多强,一旦电源系统失效,多好的产品也等同无物。
电源模块的面世可谓是一大突破,不过由于开关频率增加、功率增加,其所产生的EMI噪声、浪涌、功耗也相应地增加了,但如能在模块的设计上增加滤波器,辅以生产工艺、外围模块,也可使设计者很容地解决各个问题。
现在,在电源设计上, 以下各点都已经成为标准化的出发点。
输入/输出电压及功率要求; EMI/RFI标准 (如通讯设备的EN55022 “A” or “B” 或如军工的 MIL-STD-461等); 瞬态保护要求 (如通讯的 ETS 300 386-1 Class 2 或军工的MIL-STD-704 等); 浪涌的限制; 热处理; 热插拔支持; 并联应用; 当然,如每一电源均是特别订造时,理应所有指标/都必能达到,但如需要稍作更改时,便必须重新设计,所花的时间及金钱以及推出市场的时间亦大大增加。
因此,电源设计应当走模块化和标准化的路子,在电源模块化及标准化后,各电源工程师便可在供应商找到合适的DC/DC(或AC/DC) 转换器及外围模块。
电源模块化有以下优点:
设计更简单及更灵活; 输出更接近负载; 输出电压更精确; 减低大电流布线; 分散热源从而更容易处理散热设计; 以基板作散热接口; 以叠积木的形式把电源模块并成一台电源系统。 而标准化有以下优点:
有标准的尺寸及体积 有宽泛及可选择的输入电压 有多个可选择的输出电压及功率 有多个工作温度范围选择 提供其它外围模块 以Vicor公司中提供的DC/DC电源模块(VI/MI-200/J00, 2nd Gen)为例,其可选择的输入电压范围可从10-425Vdc,而输出电压可选1-100Vdc,基板工作温度范围则从-55至+100degC。而外围模块亦十分齐全如AC-DC前段模块如VI-HAM、VI-AIM、 VI-ARM、VI-FARM、FM48等,DC-DC 前段如VI-IAM、IAM48、FIAM等,及纹波衰减模块VI-RAM。此外Vicor公司亦提供配置式之电源系统及模块方素如MegaPac系列、LoPAC系列、ComPac及FlatPac、Mega Module系列以及最新推出之VIPAC系列等。Vicor公司的解决方案均以模块化的分布式电源为基础。
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