|
在現今的電源設計中，更低的靜態電流能夠在不影響系統性能的同時延長電池壽命，更低的EMI通過減少輻射發射降低了系統滿足EMI標準的成本，更低的噪聲和更高的精度增強了功率和信號完整性以提高系統級保護和精度。 在這些趨勢之外，功率密度越來越高也是一個不爭的行業趨勢，如果能在更小的空間內實現更大的功率，就能以更低的系統成本增強系統級性能。隨著功率需求的增加，電路板面積和厚度日益成為限制因素。電源設計人員必須向其應用中集成更多的電路，才能實現產品的差異化，并提高效率和增強熱性能。 哪些因素限制了功率密度的提高？ 自開關模式電源轉換出現起，效率就是電源技術的驅動力。開關模式電源轉換器的出現使得打破線性電源的確定性效率成為可能。隨著半導體技術的進步，人們對提高效率的需求進一步提升，使效率成為電力系統最重要的屬性。 在任何電源設計中，可用空間都是有限的，因此設計人員始終面臨著一個挑戰，即在更小的空間內實現更大的功率。功率密度是在給定空間內可處理多少功率的度量，對于功率管理應用，功率密度的定義很容易理解，就是轉換器的額定或標稱輸出功率與轉換器所占體積的比值。不過根據不同的電源設備應用和結構，有很多種方式定義電源的體積。 效率、尺寸和功率密度之間的特殊關系是顯而易見的，效率是實現高功率密度的前提條件，因為減少需要管理和從設備中移除的熱量是必不可少的。為了充分利用高效率帶來的優勢，也必須縮小解決方案的體積。 一些通常會對電源的體積和功率密度產生重大影響的變量包括EMI濾波器、輸入和輸出儲能電容器、變壓器等等。因此考量功率密度數據時，必須了解并考慮所有這些變量。很多廠商都會把重點放在減小用于能量轉換的無源組件尺寸上，因為這些無源組件占用了絕大部分體積。 開關損耗也是限制功率密度的因素之一，盡管增加開關頻率可以提高功率密度，但頻率的增加也會導致損耗增加并引起溫升。根據不同的應用，不同的開關損耗對總體功率損耗的影響會有所不同，必須慎重地控制開關速度。 出色的散熱性能也能為更高的功率密度助力，封裝的散熱效果越好，通常可以承受的功率損耗就越多，也不會出現不合理的溫升情況。在封裝尺寸小型化發展的現在，系統級熱性能設計并不是一件簡單的事。 |
