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在現(xiàn)今的電源設(shè)計中，更低的靜態(tài)電流能夠在不影響系統(tǒng)性能的同時延長電池壽命，更低的EMI通過減少輻射發(fā)射降低了系統(tǒng)滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)的成本，更低的噪聲和更高的精度增強(qiáng)了功率和信號完整性以提高系統(tǒng)級保護(hù)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(yè)趨勢，如果能在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的功率，就能以更低的系統(tǒng)成本增強(qiáng)系統(tǒng)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(shè)計人員必須向其應(yīng)用中集成更多的電路，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化，并提高效率和增強(qiáng)熱性能。 哪些因素限制了功率密度的提高？ 自開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換出現(xiàn)起，效率就是電源技術(shù)的驅(qū)動力。開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)使得打破線性電源的確定性效率成為可能。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，人們對提高效率的需求進(jìn)一步提升，使效率成為電力系統(tǒng)最重要的屬性。 在任何電源設(shè)計中，可用空間都是有限的，因此設(shè)計人員始終面臨著一個挑戰(zhàn)，即在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的功率。功率密度是在給定空間內(nèi)可處理多少功率的度量，對于功率管理應(yīng)用，功率密度的定義很容易理解，就是轉(zhuǎn)換器的額定或標(biāo)稱輸出功率與轉(zhuǎn)換器所占體積的比值。不過根據(jù)不同的電源設(shè)備應(yīng)用和結(jié)構(gòu)，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(guān)系是顯而易見的，效率是實(shí)現(xiàn)高功率密度的前提條件，因為減少需要管理和從設(shè)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(yōu)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(chǎn)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(shù)據(jù)時，必須了解并考慮所有這些變量。很多廠商都會把重點(diǎn)放在減小用于能量轉(zhuǎn)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(guān)損耗也是限制功率密度的因素之一，盡管增加開關(guān)頻率可以提高功率密度，但頻率的增加也會導(dǎo)致?lián)p耗增加并引起溫升。根據(jù)不同的應(yīng)用，不同的開關(guān)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(guān)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(xiàn)不合理的溫升情況。在封裝尺寸小型化發(fā)展的現(xiàn)在，系統(tǒng)級熱性能設(shè)計并不是一件簡單的事。 |
