【精品】第六讲:开关电源新技术
开关电源的工作原理及技术趋势

开关电源的工作原理及技术趋势开关电源是一种将电气能量转换成电子能量的电器设备。
它的工作原理是通过控制电子元件的导通和截止来实现电能的转换,将输入的交流电转换成需要的直流电,从而为各种电子设备提供稳定的电源供应。
开关电源具有体积小、效率高、稳定性好等优点,因此在各种电子设备中得到广泛应用。
开关电源的工作原理主要包括整流、滤波、变压、开关控制和稳压等环节。
首先是整流环节,将交流电转换成直流电;然后是滤波环节,通过电容、电感等元件将输出的直流电进行滤波处理,使电压更加稳定;接着是变压环节,通过变压器将电压调整到需要的水平;然后是开关控制环节,通过控制开关管等元件的导通和截止,将输入的电能转换成输出所需的电能;最后是稳压环节,确保输出的电压和电流稳定。
通过这些环节的协同作用,可以实现对输入电能的高效转换和稳定输出。
随着科技发展和市场需求的不断变化,开关电源技术也在不断进步和演进。
在目前的技术趋势中,主要体现在以下几个方面:1. 高效节能:随着节能环保理念的不断普及,对于开关电源的高效和节能要求也越来越高。
当前的技术趋势是不断提升开关电源的转换效率,降低能量损耗,以更好地满足能源节约和环境保护的要求。
一些新型的功率器件、控制模式和电路拓扑结构的应用,能够有效提升开关电源的转换效率,实现更加节能环保的电能转换。
2. 小型化高集成:随着电子设备的小型化和轻便化趋势,对于开关电源的体积和重量也提出了更高的要求。
当前的技术趋势是通过优化电路设计和采用高集成度的元器件,实现开关电源的小型化和轻量化。
一些新型的高集成度开关电源芯片、先进的封装技术和散热设计,能够使开关电源在保证性能的前提下,实现更小体积和更轻重量的设计。
3. 高可靠性:对于一些关键应用领域,如航天、医疗、军工等,对于开关电源的可靠性需求非常高。
当前的技术趋势是通过引入一些新型的故障检测保护技术、提升元器件的质量和稳定性,提高开关电源的可靠性和稳定性,以确保在恶劣环境和重要场合下能够长时间稳定工作。
开关电源中的新技术

李龙文13.04.13但是在节能减排的今天,我们会看到它的效率太低了。
过高的发热会降低可靠性。
大的散热器会使设备体积太大。
正压变为负电压的变换器可升压可降压的变换器96%以上。
今天,我向大家推荐和介绍几种新的最优秀的MOSFET。
BUCK(STEP-DOWN)输入输出的压差可以达到200mV以下。
外部的电感和电容数值很小,体积也可以LT8610的工作电路BOOST(STEP-UP)线性技术公司的LTC3814-5•效率达到96%以上。
INVERTINGSEPIC CONVERTORBUCK-BOOST集成的SEPIC国家半导体的非隔离DC-DC独树一帜.德州仪器公司的开关式7800产品登场,CW7800完全相同。
线性技术公司的非隔离DC-DC德州仪器公司的非隔离DC-DC倍以上。
从而可靠性也提高一个数量级以EMI合格效率达到98%以上的无整流桥的PFC-IC—NCP1605辐射问题,只要工作频率低于67.5KHz,待机功耗最低的电脑适配器•用NCP1236 设计的笔记本电脑电源的电路将由氮化镓材料的占据大部分市场。
公司已经研制出ESL和ESR几乎的瓷介电容,将这种电容用于非隔离DC-DC 中将彻底解决开关电源的输出纹波和噪声。
那能存在。
,其生命周期比较长,美国和欧洲所有的半导体公司都有电源产品,它是一个生存周期比较长,永远盈利,但发不了大财的产品。
,数字电源技术热闹了一年,然后冷下来,电源产品追求的是效率,可靠性及体积。
总效率高于95%。
待机功耗。
它适用于台式电脑和平板电视。
对于笔记本电脑要求效率大于96%,待机功耗低随之,各家公司都先后研发出相应的产品。
谢谢大家。
开关电源的工作原理及技术趋势

Power Electronics •电力电子Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 229【关键词】开关电源 发展 技术随着现代科学技术的快速发展,为开关电源技术的发展奠定了坚实的基础。
同时,开关电源技术的快速发展,也使得各类开关元件在不同领域获得了广泛的应用。
目前,对于开关电源技术而言,高频化、数字化已经成为开关技术发展的主要趋势。
因此,为了进一步促进开关电源技术的发展,还需要有关科研人员加大对开关电源的发展及其技术加大研究力度,对提升我国开关电源技术的应用水平有着至关重要的意义。
1 开关电源的工作原理开关电源的工作原理如图1所示,从图中可以看出,在220V 交流电压(AC )输入后,由于开关电源的电子元件无法在此电压条件下运行,所以需要在高频开关技术的帮助下,对220V 端电压进行转换,从而为电子设备的工作提供稳定的工作电压。
另外,微型化已经成为变压器今后发展的主要方向,所以为了尽量缩减变压器的体积与重量,则必须要通过提升工作频率的方式来尽可能的提高电源功率密度,确保在微小体系情况下,开关电源仍然可以处于稳定工作的状态。
对于开关电源而言,其电源效率如果可维持在70%~90%之间,便可让开关电源处于正常工作的状态,并且脉冲宽度与电源效率的稳定程度有着直接联系,所以可根据实际情况来对脉冲宽度予以有针对性的调整,以此来提高电源效率的稳定性。
2 开关电源关键技术2.1 智能技术对于开关电源的通讯系统而言,不管是国内还是国外,均采用集中监控分散供电的方式来保证通讯系统可以稳定工作。
通过实施集中监控分散供电的方式,不仅可以进一步降低电缆供电的损耗,同时也可有效的避免故障事故的发生,存在极高的使用可靠性。
然而,集中监控分散供电方式同样也存在一些缺点,例如,存在较大的日常维护难度。
因此,为了降低系统的日常维护难度,相关人员研究出了智能化技术来进行智能看护,除了可以将集中监控分散式供电的优势发挥出来外,还可为其予以更有效的日常维护,确保集中监控分散供电可以高质量的实施。
培训讲稿(开关电源)

开关电源讲稿开关电源的电路结构有多种,分类方式也有多种,作如下说明:1.按驱动方式分有自激式和他激式。
2.按DC-DC 变换器的工作方式分(1)、隔离式有通/通方式、通/断方式、中心抽头方式、半桥和全桥方式、谐振方式。
(2)、非隔离式有降压型(●)、升压型(●)、极性反转型、开关电容型以及谐振型。
3.按控制方式分(1)、脉宽控制方式有自激式和他激式。
(2)、磁放大器的混合控制方式有电压控制、电流控制。
(3)、脉宽控制与磁放大器的混合控制方式。
4.按控制信号的隔离方式分(1)、光电耦合的隔离方式(●)。
(2)、变压器的隔离方式。
(3)、电压/频率变换、频率/电压变换、用变压器隔离控制信号的方式。
(4)、磁放大器的隔离方式。
5.按过流保护方式分(1)、输出电流检测方式(2)、开关电流检测方式以上这些方式的组合可构成多种方式的开关电源,今天我们主要介绍上面带黑点的三个项目,这也是最常见的开关电源类型。
一、降压型变换器低压型开关电源一般也称为DC-DC 变换器,它属于非隔离式开关电源。
在许多家电电器中有广泛的应用,比如象便携式CD 、VCD 、MP3,笔记本电脑等1.为了便于讲解降压型DC-DC 变换器,首先介绍降压型DC-DC 变换器的等效模型,如图(1)所示:开关导通时,加在电感L 两端的电压为O I V V -,这期间电感L 由电压O I V V -励磁,电感存储能量,磁通量增加量为on O I on t V V *-=∆Φ)(……………………①开关断开时,由于电感电流连续,二极管为导通状态。
输出电压O V 与开关导通时方向相反加到电感L 上。
这期间电感L 消磁,电感释放能量,磁通量减少量为off O off t V *=∆Φ……………………………②稳态时,电感L 中磁通量增加量与减少量相等,即off on ∆Φ=∆Φ,因此,上述①、②式联立可得:D V t t t V V I off on on I O *=+*=,其中D 是占空比1≤+=offon on t t t D ——显然这种结构形式的DC-DC 变换器输出的电压只会小于或等于输入的电压,因此它属于降压型变换器。
【精品PPT】开关电源技术

实际电容有损耗,即具有等效串联电阻ESR,这时输出电 压脉动的计算公式为:
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升压式变换器(Boost Converter)的介绍
1. Boost 变换器的结构
Boost变换器的 结构如右图所 示:
470u L1
D1 D1N4148
IRF530
C1 R1
36
47
V1
R2
Q1
12 Pulse(0 1 0 39.604n 39.604n 3.9604u 10u)
电阻R1和R3的作用是限流和抑制寄生振荡,一般 为10ohm到100ohm,R2是为关断时提供放电回路的;二 极管D1是加速MOS的关断。
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3) 耦合驱动(利用驱动变压器耦合驱动)
47 R1
V1
TX1
D1 Q2
IRF530
Q1
20k R2
当驱动信号和功率MOS管不共地或者MOS管的源极
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Buck变换器工作在不同模态的等效电路
Q1 IRF530
47 R2 48 V1 V2
470u L1
R1
C1
D1
D1N4148
12 Pulse(0 1 0 39.604n 39.604n 3.9604u 10u)
470u L1
R1 C1
R1 C1
(a)
(b)
(c)
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的减小量ΔiLf(-)=
V0 Vin Lf
* (Ts
Ton )
V0 Vin Lf
* (1
Dy ) *Ts
在t=Ts时,Q1又导通,开始下一个开关周期。
开关电源中的新技术

开关电源中的几项最新技术BUCK模式的PFC-ICICC控制方式的DC-DC控制功率MOS源极的反激变换器李龙文2010.7.10-上海BUCK模式的PFC1, 有高达97%的低端输入电压时的转换效率。
2, 有较低的主功率MOS的电压应力(330V)。
3, 让后面DC-DC的输入电压降到100V以下。
TI公司的BUCK模式的PFC控制ICUCC29910主要优点如下:1,主开关为BUCK模式开关,使转换效率提高。
2,工作频率设定在100KHZ,将EMI的范围远离150KHZ以上的范围。
3,输出纹波和噪声降低。
4, 极大地改善110VAC输入时的效率,达到97%,BOOST模式此时只有94%。
UCC29910的工作原理主开关工作波形如下实测波形如下用UCC29910设计的简化电路介绍完整周期控制技术(ICC)1.ICC 即Intergel Cycle Control Technique。
2.实现软开关(ZVS)的半桥拓扑。
3.实现96%以上的转换效率。
4.齐全的保护功能。
5.极低的空载损耗。
用UCC29900设计的ICC电路主要优点如下:1.输入电流峰值减半。
输出电流纹波减半。
2.EMI的强度减半,容易处理。
3.转换效率进一步提升,>96%。
4.电感的感量减半。
体积缩小。
5.输出高压电容容量减半。
除非有保持时间的要求。
UCC29900的半桥电路工作波形用UCC29900的同步整流电路用UCC29900的过流保护电路UCC29910和UCC29900组合的最优秀的AC-DC 适配器电路T1a T1b 10KT1c1034148414810K10K41481044K414810R10R4K1nF10K5350T10K10KIB045AS106106228476100R 160R41481041K 414822610K100R5350T414847410K10K10K4710.1R10KPC123500K473Si71784148Si7178Si71781064148IRFB3077228106UCC2720010410641481R10KIRFB307710410KIRFB3077IRFB3077控制功率MOS源极的反激变换器主要优点1, 消除了外部电流检测电阻的功耗.2, 极低的空载功耗.3, 提升了低段AC电压输入时的转换效率. 4, 更加快速的故障保护,从而更加可靠.二次侧优秀的同步整流控制IC-NCP4303 主要优点:1.适合LLC谐振半桥的ZVS式同步整流。
开关电源学习介绍word精品文档14页

引言电源有如人类的心脏,是所有电设备的动力,但电源却不象心脏那样形式单一。
因为,标志电源特性的参数有电压、功率、频率、噪声及所带负载参数的变化等;在同一参数要求下,又有体积、重量、形态、功率、可靠性等指标。
人们可按此去“塑造”和完美电源,因此电源的形式是极多的。
在有些情况下,一般电力要经过转换才能符合使用的需要。
例如,交流转换成直流,高电压转换成低电压等。
这一过程有人形象地比喻为“粗电”炼成“精电”,“粗电”炼成“精电”才好使用。
按照电力电子地习惯称谓,AC-DC(理解为AC转换成DC,其中AC表示交流电,DC表示直流电)称为整流(包括整流及离线式交换),DC-AC成为逆变,AC-AC称为交流-交流变频(同时也变压),DC-DC称为直流-直流变换。
为达到转换目的,手段是多样的。
20世纪60年代前,研发了半导体器件,并以此器件为主实现这些变换。
电力电子学科从此形成并有了30年的迅速发展。
所以,广义地说,凡用半导体功率器件做开关,将一种电源形态转变为另一种形态的主电路都叫做开关变换器电路;转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称开关稳压电源(简称开关电源)。
开关电源主要组成部分时DC-DC变换器,因为它是转换的核心,涉及频率变换。
目前DC-DC变换中所用的频率提高最快,它在提高频率中碰到的开关过程、损失机制,为提高效率而采用的方法,也可作为其它转换方法参考。
第一章开关电源的概述1.1 开关电源的发展史1955年美国的科学家罗耶(G.H.Royer)首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。
此后,利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来,从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。
由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态,所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻,因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。
开关电源讲座

Modulation -PFM)。脉宽调制(Pulse Width Modulation-
PWM)方式比较常见。
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开关电源的分类
按转换方式分类: AC-DC 整流 斩波 逆变 按变换拓扑来分: BUCK拓扑(降压)
交流转直流
DC-DC 直流转直流 DC-AC 直流转交流
BOOST拓扑(升压)
负载调整率
指的是输出负载变化时,引起的输出电压的变化。
SL=(△V0÷V0 )%。
EMC(Electro Magnetic Compatibility)
电磁兼容性,是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中 的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的 要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能 超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一 定程度的抗扰度,即电磁敏感性。
8.PFC(Power Factor Correction):即“功率因数校正”,主要用来表征电子 产品对电能的利用效率。功率因数越高,说明电能的利用效率越高。PFC有两种, 一种是无源PFC(也称被动式PFC),一种是有源PFC(也称主动式 PFC)。 9.功率因数与转换效率的区别:尽管功率因数和转换效率都是指电源的利用率, 但区别却很大。简单的说,功率因数产生的损耗是电力部门负担,而转换效率 的损耗是用户自己负担。可以看得出来,功率因数是对国家电网的保护。 10.总谐波失真(Total Harmonic Distortion):总谐波失真是指用信号源输入 时,输出信号比输入信号多出的额外谐波成分。用百分比来表示。用THD表示。
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开关电源的保护功能
⑤过热保护(Overheating protection) 开关电源工作时会产生一定的热量,如果这些热量不释放出去或没有达
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第六讲:开关电源新技术这里所说的新技术,是指最近20年内发展起来的技术内容,涉及开关电源的效率、动态响应、功率因数等概念.1.1、软开关技术开关管的损耗一直是开关变换器设计中的一个核心问题。
要减小开关电源的体积,降低输出电压纹波,提高开关频率是最直接有效的方法,但开关管的损耗正是限制开关频率提高的最大原因,开关管在导通或关断状态下的损耗(称为通态损耗和断态损耗)是比较小的,但在导通和关断动作过程中的损耗(称为导通损耗和关断损耗,即开关损耗)非常大,因为在这时开关管要同时承受高电压和大电流。
开关频率越高,开关损耗就越严重。
要降低开关损耗就必须从控制开关管的开关过程着手,使开关管上不能同时出现高电压和大电流。
传统的缓冲器(Snubber)电路(常用的电路,主要是保证开关管安全工作),能减小一些开关损耗,但程度非常有限而且又引入了缓冲电路的损耗.给出一个典型的缓冲电路的形式(图3),图中虚线框内部分为缓冲器电路。
谐振(Resonant)的方法是能够大幅度降低开关损耗的方法。
谐振概念的产生比较早,广泛用于机械工业的中频感应加热炉其实就是一个利用负载产生谐振的例子。
但谐振的方法用于直流变换器则是在上世纪80年代才有较大的发展,首先建立起了零电压开关ZVS(ZeroVoltageSwitch)和零电流开关ZCS(ZeroCurrentSwitch)的概念,其基本思路是使开关管的电压或电流与外部谐振回路产生谐振,从而使开关管可以在零电压状态导通或是在零电流状态下关断。
这种方法的困难在于保证开关管的零压或零流条件(不同输电压和不同负载条件入),为解决这一问题发展了准谐振变换器QRC(QuasiResonantConverter)的技术,也有ZVS—QRC和ZCS-QRC两类。
谐振方式的变换器最突出的优点就是极大地降低了开关损耗,使变换器的工作频率提高到了MHz量级的水平,适合在一些对体积和重量要求极为严格的场合(比如飞行器)中使用。
谐振技术另一个突出的应用是移相全桥(PhaseShiftFull—Bridge)的线路,该线路中,谐振概念与移相PWM控制的方法巧妙结合,消除了谐振方式固有的缺陷,因而在通信等中大功率场合被广泛采用.除此之外,谐振方式则因器件电压电流应力过大、难以保证零开关条件、难以与PWM方式配合等原因不能得到普遍应用。
上世纪90年代出现的零电压转换ZVT(ZeroVoltageTransition)和零电流转换ZCT(ZeroCurrentTransition)技术是解决ZVS和ZCS缺陷的较好的方案。
该方法是在开关管线路中增加辅助开关管和有关线路,在主开关管开关动作前,通过控制辅助管的开关来为主开关管创造零电压或零电流的条件。
这样不仅非常便于与PWM技术相配合,而且消除了零开关条件对输入电压、负载等的依赖,因此是一种适于各类开关线路和场合的方法。
缺点是线路较为复杂,成本高。
目前尚较少使用。
1.2、同步整流技术同步整流SR(SynchronousRectification)技术的起因与目的很简单,就是降低输出整流管的损耗。
这对于低电压输出的变换器非常有意义。
通常在5V或更低电压输出的变换器中,输出整流管的损耗会是变换器损耗中的主要成分.与开关管不同,整流管的损耗主要是通态损耗。
所以要降低整流损耗只能降低整流管上的导通压降,一般快恢复二极管FRD(FastRecoveryDiode)的工作压降有1V左右,肖特基势垒二极管SBD(SchottkyBarrierDiode)约有0.6V,对于低电压的输出,整流压降在输出电压中的比例很高,大大降低了变换器的效率(图4).随着MOSFET (MetallicOxideSemiconductorFieldEffectTransistor金属氧化物半导体场效应晶体管)工艺的不断进步,MOSFET的通态电阻Rds(on)不断降低,同步整流的概念就被提出来,即使用MOSFET 作开关来替代整流管。
因为MOSFET需要一个与开关管同步的控制信号来控制开关状态才能实现整流的功能,因此这种方式被称为同步整流.目前低压MOSFET的通态电阻已经低于10mΩ,已经比SBD 有很多的优势(图5)。
1.3、多相变换器技术多相变换器(M ultiphaseConverter)的概念是大约5年前提出的,针对的应用场合就是微处理器类的负载,因为该类负载对电源的动态响应、纹波的要求非常严格。
要满足这样的要求,电源需要工作在非常高的频率,但开关器件的开关速度和损耗成为难以解决的问题。
这种情况下,多相变换器的概念应运而生,即采用多个变换器并联的拓扑结构,在开关信号上作统一控制,实现几个变换器在一个完整周期内轮流交替运行,这样,开关损耗被几个变换器分担,而开关频率则是几个变换器的叠加。
1.4、有源功率因数校正技术功率因数(PowerFactor)的概念最早起源于交流供电的年代,远比开关电源的概念更早。
传统的功率因数概念是指交流电器的输入电压与输入电流相位差角的余弦.常用cosΦ来表示。
对于整流输入之类非线性的负载,传统的功率因数概念已经不再适用,因此导出功率因数最通用的定义为有功功率与视在功率的比值。
即PF=P/(Vrms×Irms)或PF=Watts/V·A。
式中P表示输入有功功率,Vrms,Irms表示负载电压与电流的均方根值(有效值)。
如果一个电路输入电压和输入电流的比值是一个常数,那么该电路即为纯阻性,其功率因数为1.如果电压—电流比不能保持恒定,则该电路的输入端必存在相移或谐波失真,或二者并存,这都会导致功率因数的降低。
低功率因数电器的使用加重了电网的负担,而且非线性的电器还会产生大量谐波电流串入电网,引起电网电压波形畸变、地线过负荷、干扰其它电器等一系列危害,被称为“电力污染",已经引起了世界各国的重视.许多国家和地区已经颁布或实施对谐波电流的限制法规。
有源功率因数校正APFC(ActivePowerFactorCorrection)技术利用开关变换的方法,通过控制输入电流跟随输入电压的变化而变化来使得一个电源从它的输入端来看呈纯阻性,实现提高功率因数、抑制谐波电流的目的。
APFC最广泛使用的线路拓扑是Boost拓扑(图6),采用有源功率因数的方法,可使电源的功率因数轻易提高到0.98以上.2、PC电源使用的开关电源技术及其特色PC电源也采用了开关电源的技术,大概可以分成两部分来描述。
2.1整机集中式的AC/DC电源也就是连接交流输入线的电源部分,单相交流输入直流多路(+5V、-5V、+12V、—12V、+3.3V 及+5Vsb)输出。
通常是由主电源和辅助电源两个电源构成。
辅助电源部分采用单端反激的电路拓扑,输出功率在10W左右,早期的ATX电源中多采用PFM方式的RCC线路,成本较低,近来因为功率的上升有逐渐转为PWM的趋势(多为PWM+MOSFET的集成器件为核心)。
单端反激的拓扑使该线路结构简单,体积小,效率较高。
主电源部分长期以来就存在两种常用的拓扑结构,单端正激式和半桥式。
单端正激式一般采用电流模式(CurrentMode)控制的PWM芯片(典型的是UC3842)和一只功率MOSFET构成初级回路,振荡频率多在60-100KHz,开关管采用直接驱动的方式。
半桥式一般采用电压模式(VoltageMode)控制的PWM芯片(典型的是TL494)和两只功率三级管构成初级回路,振荡频率多在60-80KHz,开关管的驱动则采用隔离的比例驱动方式。
次级整流部分都采用二极管(12V使用快恢复管,5V和3.3V 使用肖特基管)作为整流器件。
对于+3.3V的处理,一般采用磁放大器(MagneticAmplifier)的稳压技术(前期有少数产品采用MOSFET线性稳压,现已非常少见),以取得较高的稳压精度和效率。
总体上看,PC的整机电源部分没有采用高性能的新技术(比如谐振、同步整流等),其中最重要的原因是成本的概念,在使用普通技术就可以满足使用需求的条件下,高成本的新技术就没有应用的优势。
至于PFC方面,目前在已经强制实施了谐波电流限制的地区都开始应用(无源PFC或APFC),这显然是今后必将会得到应用的一个趋势。
2.2、主板上的DC/DC变换器即为主板上的CPU、RAM、Chipset等芯片直接供电的变换器部分。
因为这类负载对电源的要求很严格,所以这些变换器都采用了一些高性能的技术。
以最典型的为CPU供电的电压调节组件VRM (VoltageRegulatorModule)来看,就是一个多相Buck变换器的例子,通常采用四相同步整流变换器作为基本拓扑,这使得变换器的频率达到1MHz,从而使电源的动态响应非常快,纹波极低,而使用MOSFET构成的同步整流方式使得变换器能够在输出电压低于2V的情况下,仍能获得近90%的转换效率。
3、IC的发展对电源的影响电源业和PC业都依赖于IC业.IC业为PC业提供高性能的器件使之开发最新的和最好的PC,电源业则按IC工业的电压标准为其提供直流电源。
新一代IC的开发和制造工艺将直接影响PC及其电源的发展.我们不妨先看一下IC未来发展的趋势,表中描绘了直到2014年的IC特征。
其中提出了更低的工作电压、更大的功率和更高的时钟频率,IC供电电压的降低必然对电源的设计造成巨大影响,主要有两个问题。
电源效率和线压降,电源的效率会直接影响电源本身的设计,而线压降则会影响整个电源系统的设计。
3.1、电源效率欧姆定律表明,功率是电压与电流的乘积,即W=V I。
当电压由5V降为3.3V 或是更低时,要传递同样的功率,电流就会增大。
低压、大电流的情况下,电源内部器件的压降会在输出电压中占有更大的比例。
高的压降和大电流使损耗在电源内部的功率比例增加,从而降低了电源的效率。
3.2、线压降传输线存在一定的内部欧姆阻抗,回想一下欧姆定律,功率也是电压平方被电阻除的商,即W=V2/R.很明显,提高传输电压就可以在电源线上传递更大的功率。
当IC的供电电压在3.3V—5V或是更高时,系统使用集中式的一个电源是比较划算的.IC的电压进一步降低,电流进一步增加且动态也在增大,集中式的电源已经不能满足这些新的要求,这使分布式电源成为一种可行的解决方案。
这种系统的典型结构是输入的交流电转换为一个直流电压,然后就分配到每一块电路板上去,由每块线路板上的DC/DC变换器将其变为各自所需的电压.根据这种设想,不难推断出未来PC电源总线的结构4、未来的电源结构未来的计算机电源将会与现在的非常不同,现在的电源将会被一个+12V单路输出的电源所取代(如下图)。
之所以会这样当然是因为系统的要求,而不是出于对分布式电源结构的兴趣。