DCDC电源模块的发展趋势

现状：分布式的电源系统应用的普及推广及电池供电移动式电子设备的飞速发展，其电源系统需用的DC/DC电源模块越来越多，对其性能要求越来越高。除去常规电性能指标以外，对其体积要求越来越小，也就是对其功率密度的要求越来越高，对转换效率要求也越来越高，也即发热越来越少，这样其平均无故障工作时间也越来越长，可靠性越来越好，因此如何开发设计出更高功率密度，更高转换效率，更低成本更高性能的DC/DC转换器始终是近二十年来电力电子技术工程师追求的目标。国际上相关技术发展情况技术水平：1.Galaxypwr公司世界顶级、全桥自动复位硬开关ZVSZCS同步整流。全部工作用微控制器MCU控制，效率94~95%。2.Synqor两级并联，Buck+双互补forward同步整流微控制器，PWMIC和MCUIC控制，效率92~93%。3.Glary第三代有源箱位，双互补forward并联，同步整流，效率92%，功率密度240W/in3，1/4砖250W。4.DIDT二次侧PWM控制的初级半桥及全桥。ZVS，ZCS同步整流，效率91%。5.Ericsson全桥硬开关ZVS，ZCS同步整流，效率93%。6.VICOR第一代有源箱位，大功率输出高功率密度，89%效率。7.Artesyn互补有源箱位Push-pull，效率90%，自偏置同步整流。8.TYCO有源箱位forward，同步整流，世界DC/DC的主导商，世界标准的创立者。9.Lambda有源箱位P-沟MOSFET有源箱位，自偏置同步整流。10.IPD公司第二代有源箝位自偏置同步整流效率90.5%。总结上述调研我们可以看到，半导体技术进步是DC/DC技术变化的强大动力。（1）MOSFET的技术进步给DC/DC模块技术带来的巨大变化，同步整流技术的巨大进步。（2）Schottky技术的进步。（3）控制及驱动IC的进步a.高压直接起动b.高压电平位移驱动取代变压器驱动c.ZVS，ZCS驱动器贡献给同步整流最佳效果。d.光耦反馈直接接口。PWMIC经历了电压型=电流型=电压型的转换，又经历了硬开关=软开关=硬开关的否定之否定变化。掌握优秀控制IC是制作优秀DC/DC的前提和关键。（4）微控制器及DSP进入DC/DC是技术发展的必由之路。（5）磁芯技术的突破是下一代DC/DC技术进步的关键，也是巨大难题。发展趋势：第一代系美国VICOR公司的有源箝位ZVS技术，其专利已经于2002年2月到期。VICOR公司利用该技术，配合磁元件，将DC/DC的工作频率提高到1MHZ，功率密度接近200W/in3，然而其转换效率却始终没有超过90%，主要原因在于MOSFET的损耗不仅有开关损耗，还有导通损耗和驱动损耗。特别是驱动损耗随工作频率的上升也大幅度增加，而且因1MHZ频率之下不易采用同步整流技术，其效率是无法再提高的。因此，其转换效率始终没有突破90%大关。为了降低第一代有源箝位技术的成本，IPD公司申报了第二代有源箝位技术专利。它采用P沟MOSFET在变压器二次侧用于forward电路拓朴的有源箝位。这使产品成本减低很多。但这种方法形成的MOSFET的零电压开关（ZVS）边界条件较窄，在全工作条件范围内效率的提升不如第一代有源箝位技术，而且PMOS工作频率也不理想。为了让磁能在磁芯复位时不白白消耗掉，一位美籍华人工程师于2001年申请了第三代有源箝位技术专利，并获准。其特点是在第二代有源箝位的基础上将磁芯复位时释放出的能量转送至负载。所以实现了更高的转换效率。它共有三个电路方案：其中一个方案可以采用N沟MOSFET。因而工作频率较高，采用该技术可以将ZVS软开关、同步整流技术、磁能转换都结合在一起，因而它实现了高达92%的效率及250W/in3以上的功率密度。（即四分之一砖DC/DC做到250W功率输出及92%以上的转换效率）国内相关技术发展情况：在2008年，中国通信电源市场将快速的向前发展。首先是电信网络向全IP化、宽带化和移动化方向发展，决定了通信电源的快速发展。从电信网络的技术变化和用户需求的变化趋势来看，电信网络的技术演进趋势将会向全IP化的方向发展。目前设备商与运营商正在积极推动电信网络的全IP化的进程。从电信行业的技术变化趋势来看，移动设备和数据通信设备、IMS系统将会成为未来通信设备的增长重点。次，电信运营商全业务发展的趋势将带动通信电源市场的快速增长。全业务运营是电信行业发展的方向。全业务运营有电信行业技术和管制政策两方面的驱动。国内电信行业的发展将会顺应这种发展趋势。目前国内运营商除中国联通拥有全业务运营牌照外，其他运营商都没有全业务运营牌照。而全业务的运营，就需要全业务的网络支撑，电信和网通未来将会加大移动网络的投资力度，而中移动将会加大宽带接入网的投资力度。因此通信电源等设备将在未来有很好的发展机会。最后，电信业转型与三网融合将带来机遇。国内以中国电信为首的固网运营商相继提出了融合转型目标，目前转型收入已超过20%。中国电信转型的战略目标是向综合信息服务提供商转变。运营商针对转型战略提出了网络转型、业务转型和组织转型等具体实施内容。在转型过程中，网络转型是基础，网络转型是达到业务转型的需要。网络转型的方向是实现以IP为基础的宽带化、移动化的融合网络。直流变换电源②DC/DC电源的特点：在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC/DC变换以后在输出端获一个或几个直流电压。☆输入与输出完全隔离，安全可靠。☆先进的电流控制模式和稳定可靠的电路拓扑结构。☆关键零部件全部采用进口器件，主要技术指标远高于国家有关标准。☆保护功能全面，输出过欠压、过流、短路、整机过热保护。☆采用无主自动均流技术，可并机使用，扩容方便。☆可交直流双输入，交流和直流完全电气隔离。优点随着科学技术飞速发展，对电源可靠性、容量/体积比要求越来越高，模块电源越来越显示其优越性，它工作频率高、体积小、可靠性高，便于安装和组合扩容，所以越来越被广泛采用项目建设的目的：工作频率高、体积小、可靠性高，便于安装和组合扩容，对更薄厚度，更小面积，更高效率及更大功率密度等特性的需求。项目建设的意义：本项目建设的必要性分析的紧迫性：必要性：对于DC-DC转换器而言，要提高其能效需要从多方面入手。例如，降低变压器初级导通损耗、降低开关损耗、降低次级损耗及降低磁芯损耗等可行性：在低功率应用中，即便最小的dc/dc电源模块可能也会有数百毫瓦的静态损失。这些损失主要由耗费功率的组件造成的，如整流器、交换晶体管及变压器。如果使用一个部件来提供原本需要二至三个独立分组部件所做的工作，那么就可以减少耗费功率的组件总数量，多输出电源组件不再需要两个或更多单输出器件，这就减少了成本。DC/DC电源模块，输入输出端都加有滤波措施，一般能够有效的抑制来自输入侧的EMI杂波和户动浪涌电流，如供电质量较差或对电源系统有更多的要求，可在模块的前后分加滤波网络。2、直流输入电压极性不能接反，也不能超范围使用，否则会使模块永久失效。3、使用电源时，一般选在20%～80%的额定功率为最佳，不能后期超额定功率使用，以免影响模块的使用寿命。4、当输出的电流较大时，传输电流的线径不能过长，或过细以免造成大干扰和误差。5、对自然散热的DC/DC电源模块，要保证使用的环境温度不能超出所给温度范围，以免造成过热损坏。6、对要加散热器的DC/DC电源模块要有足够的散热器，使壳体的温度在安全范围，以保证模块的使用寿命，避免模块因温度过高造成永久失效示范性：目前，随着现代医疗器械的不断发展，特别是直接与人体相连接的电子仪器，除了对仪器本身性能的要求越来越高之外，对人体安全方面的考虑也越来越倍受关注，DC/DC电源模块在医用传感器电路中的应用，例如生命监护仪、母婴监护仪、婴儿保温仪等等一些与人体紧密接触的仪器，也就是说病人在使用仪器时不能因为使用的仪器而对人体造成有触电或其他方面的危险。