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DC/DC变换器的发展与应用

来源:电子元器件应用/周志敏?? 2006年07月03日 ?? 收藏0

????????? 2.2智能化和集成化???

????????? 智能化的发展是系统智能集成(ASIPM),即将电源电路、各种保护以及PWM控制电路等都集成在一个芯片上,制成一个完整的功率变换器IC。集成电力电子模块(IPEM)是将驱动、自动保护、自诊断功能的IC与电力电子器件集成在一个模块中。由于不同的元器件、电路、集成电路的封装或相互连接产生的寄生参数已成为决定电力电子系统性能的关键,所以采用IPEM方法可减少设计工作量,便于生产自动化,提高系统质量、可靠性和可维护性,缩短设计周期,降低产品成本。?

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????????? IPEM与IPM或PIC的不同之处在于后者是单层单片集成,一维封装;而前者是高电压、大电流、多层多片集成,三维封装,结构更复杂,多方向散热,其热设计也更加重要。IPEM研究课题中有待解决的基本问题是结构的确定和通用性,新型电力电子器件评估的主要方面是开关单元、拓扑结构、高电压大电流功率器件的单片集成。大功率无源器件集成、IPEM三维封装(控制寄生参数,将寄生影响控制在最小范围)、热管理、IPEM设计软件、接口与系统的兼容性、IPEM性能预测、可靠性冗余和容错等都需要跨学科研究。因为与现代电力电子学相关的学科十分广泛,包括基础理论学科,如固体物理、电磁学、电路理论;专业理论学科如电力系统、电子学、系统与控制、电机学及电气传动、通信理论、信号处理、微电子技术;及电磁测量、计算机仿真、CAD等,覆盖了材料、器件、电路与控制、磁学、热设计、封装、CAD集成、制造、电力电工应用等专业技术。就目前我国电力电子技术发展的现状而言,迫切需要跨学科并运用多种专业技术进行联合研究,以适应当今国际电力电子科技前沿技术的发展。

????????? 2.3模块化???

????????? 模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指单元的模块化。常见的功率器件模块含有1单元、2单元、6单元直至7单元,包括开关器件和与之串并联的续流二极管,实质上都属于"标准"功率模块(SPM)。近年来,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中构成IPM,不但缩小了整机的体积,而且更加方便了整机的设计与制造。实际上,由于频率不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,产品性能优良。它类似于微电子电路中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,可缩小整机体积,更重要的是取消了传统连线,把寄生参数值降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高了系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和冗余度的增加,从提高可靠性方面考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量情况下可满足大电流输出的要求,而且通过增加相对于整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大地提高了系统的可靠性,即使万一出现单个模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且可提供充分的时间进行修复。


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DC/DC? 变换器? 应用?

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