開關(guān)電源用電力電子集成模塊分析

摘 要：隨著社會科技的不斷發(fā)展，在控制、電路、器件等方面，電力電子技術(shù)都得到了極大的應(yīng)用，技術(shù)手段也日益豐富。不過，由于電力電子裝置具有較高的技術(shù)性能要求，因而往往存在設(shè)計成本高、設(shè)計周期長、設(shè)計難度大等問題，對于電力電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了較大的限制。對此，可采用集成模塊的方式進(jìn)行解決，可以極大的提高開關(guān)電源的性能，從而推動該領(lǐng)域技術(shù)的更大發(fā)展。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；電力電子；集成模塊

前言

人們對電能的利用方式，由于電力電子技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)生了改變。不過，由于在設(shè)計制造電力電子裝置的過程中，采用的是非標(biāo)準(zhǔn)元器件，因而設(shè)計周期長、勞動強度大、可靠性不足、生產(chǎn)成本高。而電力電子集成模塊的出現(xiàn)，有效的解決了這些問題，使得電力電子技術(shù)能夠得到更為良好的應(yīng)用。尤其是在開關(guān)電源當(dāng)中，通過對電力電子集成模塊的應(yīng)用，取得了更為理想的效果。

1 電力電子集成技術(shù)

1.1 集成概念

電力電子集成技術(shù)指的是在一個集成模塊當(dāng)中，對電力電子裝置中的保護(hù)電路、控制電路、驅(qū)動電路、功率器件等進(jìn)行封裝，從而使形成的元器件具有更為良好的通用性和更加完整的功能。通過對電力電子集成模塊的應(yīng)用，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用目的、性能要求等，對電力電子系統(tǒng)、電力電子裝置等進(jìn)行更為靈活、方便的構(gòu)造。

1.2 集成方法

在電力電子技術(shù)的集成當(dāng)中，單片集成技術(shù)是一種主要的方式，利用統(tǒng)一的技術(shù)、工藝對需要進(jìn)行集成的元器件進(jìn)行加工，并且在同一片硅片中進(jìn)行集成。在信息電子技術(shù)領(lǐng)域中，單片集成技術(shù)的應(yīng)用效果較為良好，在一個芯片中，基于足夠小的線寬、足夠高的集成度，能夠?qū)θ魏螐?fù)雜的電子系統(tǒng)進(jìn)行集成[1]。但是，如果電力電子電路中存在電流大、電壓高等特點，單片集成技術(shù)將會出現(xiàn)一些問題，難以充分的發(fā)揮作用。對于這種情況，可以采用混合集成技術(shù)，在同一個模塊當(dāng)中，通過對不同硅片的封裝而形成元器件。在實際應(yīng)用中，混合集成技術(shù)也發(fā)揮著重要的作用，例如通過封裝高速緩存、處理器內(nèi)核，形成的處理器等。基于特定的條件，利用混合集成技術(shù)能夠有效的降低生產(chǎn)成本、提高技術(shù)性能，可實現(xiàn)性也十分良好。而在混合集成技術(shù)當(dāng)中，最為關(guān)鍵的技術(shù)就是封裝技術(shù)。就目前技術(shù)水平來看，混合集成將會成為當(dāng)前電力電子集成模塊的主要方向。而如果加工工藝、半導(dǎo)體材料等得到革新，單片集成技術(shù)將會占據(jù)主流。

1.3 混合集成

在混合集成技術(shù)中，可以采用商品化的功率、驅(qū)動、控制等電路元件，其中，采用的元器件全部經(jīng)過了一次封裝，在對電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計之后，通過二次封裝集成模塊。這種集成技術(shù)工藝簡單、元器件容易獲得，同時不會對裝備、工藝、技術(shù)提出太高的要求，不過該方法在電磁兼容、寄生參數(shù)等方面，難以實現(xiàn)有效的提升。還可以采用商品化的驅(qū)動和控制電路元件和未封裝的功率電路裸片。由于采用了封裝過的驅(qū)動、控制電路，能夠輕易解決連線、安裝、電熱隔離等問題，同時通過對功率元件布線方法的調(diào)整提升電磁兼容和寄生參數(shù)。此外，還可以利用全部未封裝的芯片，將多個硅片進(jìn)行連接和安裝，從而形成功能模塊，在微波、射頻等集成電路中，都得到了十分良好的應(yīng)用。在這種方案中，由于只需要對所有元件進(jìn)行一次封裝，因此生產(chǎn)成本較低，封裝密度較高。

2 電力電子集成模塊在開關(guān)電源中的應(yīng)用

2.1 集成模塊結(jié)構(gòu)

在開關(guān)電源電力電子集成模塊中，采用了全橋PWM控制電路，同時選取了峰值電流模式進(jìn)行控制。通過這種方式，使得快速電流控制能力得到了極大的增強，對于開關(guān)電流峰值也能夠進(jìn)行更為良好的控制，從而將過流保護(hù)能力賦予模塊。利用小型脈沖變壓器對功率元件、驅(qū)動電路進(jìn)行隔離，具有成本較低、性能良好、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點[2]。在全橋型電路中，具有合理的布局和緊湊的結(jié)構(gòu)，通過對布線方式的優(yōu)化，使得分布參數(shù)得到了極大的降低。在模塊當(dāng)中，主要的外部接口包括控制電路電源、控制電路輸入端、前橋電路高頻交流輸出端、全橋電路直流輸入正負(fù)端等。控制電路的電源是由外部電路提供，而通過輔助電源的內(nèi)置，可以將這組電源輸出省去。峰值電流給定信號與外部電壓調(diào)節(jié)器輸出控制信號進(jìn)行連接。通過模塊中的光耦元件，能夠有效的隔離外部電路和控制電路。高頻交流輸出端與高頻變壓器一次側(cè)連接，而在直流輸入正負(fù)端之間，包含波成分在內(nèi)，應(yīng)控制在450伏以內(nèi)的電壓。

2.2 集成模塊應(yīng)用

利用電力電子集成模塊構(gòu)成開關(guān)電源，在輸入整流電路中，對成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單的不可控二極管整流電路進(jìn)行了應(yīng)用，為了對輸入功率因數(shù)指標(biāo)進(jìn)行提升，可以對Boots功率因數(shù)進(jìn)行應(yīng)用，從而實現(xiàn)對電路PFC的校正。在電壓調(diào)節(jié)器當(dāng)中，對三端精密集成電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行了應(yīng)用，具有無需提供電源、電路結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢[3]。為了提高控制的復(fù)雜性和精密性，在電壓調(diào)節(jié)電路的構(gòu)成中，可以對放大器進(jìn)行應(yīng)用，在集成模塊信號端，對輸出控制信號進(jìn)行連接即可。由此可見，在開關(guān)電源的構(gòu)造中，對電力電子集成模塊進(jìn)行應(yīng)用，能夠極大的簡化開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)，同時能夠改善和優(yōu)化設(shè)計工作，使得集成模塊技術(shù)的優(yōu)勢能夠得到更為良好的體現(xiàn)。

3 結(jié)束語

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，在很多相關(guān)的領(lǐng)域當(dāng)中，都得到十分廣泛的應(yīng)用，也發(fā)揮出了較為良好的應(yīng)用效果。電力電子集成模塊作為一種主要的應(yīng)用技術(shù)，在開關(guān)電源中的應(yīng)用，能夠極大的提升電源開關(guān)的性能，同時簡化其結(jié)構(gòu)，降低成本。在未來的發(fā)展中，電力電子集成模塊還將會取得更大的進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)

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