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开关电源技术发展的十大关注点

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angelawang09
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  • 2011-1-18 11:19:42


开关电源一直是电子行业里非常热门的技术,而它的发展趋势又是大家必须时刻关注的问题,不然一不留神就会跟不上技术发展的步伐。电子元件技术网做了项开关电源技术发展关注焦点调查,得出来以下十个热门关注点。
关注点一:功率半导体器件性能

  1998年,Infineon公司推出冷mos管,它采用"超级结"(Super-Junction)结构,故又称超结功率 MOSFET。工作电压600V~800V,通态电阻几乎降低了一个数量级,仍保持开关速度快的特点,是一种有发展前途的高频功率半导体电子器件

   IGBT刚出现时,电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内,耐压水平限于1200V~1700V,经过长时间的探索研究和改进,现在 IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A,高压IGBT单片耐压已达到6500V,一般IGBT的工作频率上限为20kHz~40kHz,基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT,可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。

   IGBT的技术进展实际上是通态压降,快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同,IGBT在20年历史发展进程中,有以下几种类型:穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。

  碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料,其优点是:禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、 PN结耐压高等,有利于制造出耐高温的高频大功率半导体电子元器件

  可以预见,碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。

  关注点二:开关 电源功率密度

  提高开关电源的功率密度,使之小型化、轻量化,是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话,数字相机等)尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有:

  一是高频化。为了实现电源高功率密度,必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。

  二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的 "电压-振动"变换和"振动- 电压"变换的性质传送能量,其等效电路如同一个串并联谐振电路,是功率变换领域的研究热点之一。

  三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量,必须设法改进电容器的性能,提高能量密度,并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器,要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。

  关注点三:高频磁与同步整流技术

  电源系统中应用大量磁元件,高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件,有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求:损耗小,散热性能好,磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注,纳米结晶软磁材料也已开发应用。

  高频化以后,为了提高开关电源的效率,必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。

  对于低电压、大电流输出的软开关变换器,进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流SR技术,即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管,代替萧特基二极管(SBD),可降低管压降,从而提高电路效率。

  关注点四:分布电源结构

  分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站(如图像处理站)、大型数字电子交换系统等的电源,其优点是:可实现DC/DC变换器组件模块化;容易实现N+1功率冗余,易于扩增负载容量;可降低48V母线上的电流和电压降;容易做到热分布均匀、便于散热 设计;瞬态响应好;可在线更换失效模块等。

  现在分布电源系统有两种结构类型,一是两级结构,另一种是三级结构。

  关注点五:PFC变换器

  由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容,在正弦电压输入时,单相整流电源供电的电子设备,电网侧(交流输入端)功率因数仅为 0.6~0.65。采用PFC(功率因数校正)变换器,网侧功率因数可提高到0.95~0.99,输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染,又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相APFC国内外开发较早,技术已较成熟;三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种,但还有待继续研究发展。

  一般高功率因数AC/DC开关电源,由两级拓扑组成,对于小功率AC/DC开关电源来说,采用两级拓扑结构总体效率低、成本高。

  如果对输入端功率因数要求不特别高时,将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑,构成单级高功率因数AC/DC开关电源,只用一个主开关管,可使功率因数校正到0.8以上,并使输出直流电压可调,这种拓扑结构称为单管单级即S4PFC变换器。
 关注点六:电压调节器模块VRM

  电压调节器模块是一类低电压、大电流输出DC-DC变换器模块,向微处理器提供电源。

  现在数据处理系统的速度和效率日益提高,为降低微处理器IC的电场强度和功耗,必须降低逻辑电压,新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V,而电流则高达50A~100A,所以对VRM的要求是:输出电压很低、输出电流大、电流变化率高、快速响应等。

  关注点七:全数字化控制

  电源的控制已经由模拟控制,模数混合控制,进入到全数字控制阶段。全数字控制是一个新的发展趋势,已经在许多功率变换设备中得到应用。

  但是过去数字控制在DC/DC变换器中用得较少。近两年来,电源的高性能全数字控制芯片已经开发,费用也已降到比较合理的水平,欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。

  全数字控制的优点是:数字 信号与混合模数信号相比可以标定更小的量,芯片价格也更低廉;对电流检测误差可以进行精确的数字校正,电压检测也更精确;可以实现快速,灵活的控制设计。

  关注点八:电磁兼容性

  高频开关电源的电磁兼容EMC问题有其特殊性。功率半导体开关管在开关过程中产生的di/dt和dv/dt,引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰。有些情况还会引起强电磁场(通常是近场)辐射。不但严重污染周围电磁环境,对附近的电气设备造成电磁干扰,还可能危及附近操作人员的安全。同时,电力电子电路(如开关变换器)内部的控制电路也必须能承受开关动作产生的EMI及应用现场电磁噪声的干扰。上述特殊性,再加上EMI测量上的具体困难,在电力电子的电磁兼容领域里,存在着许多交*科学的前沿课题有待人们研究。国内外许多大学均开展了电力电子电路的电磁干扰和电磁兼容性问题的研究,并取得了不少可喜成果。近几年研究成果表明,开关变换器中的电磁噪音源,主要来自主开关器件的开关作用所产生的电压、电流变化。变化速度越快,电磁噪音越大。

  关注点九:设计和测试技术

  建模、仿真和CAD是一种新的设计工具。为仿真电源系统,首先要建立仿真模型,包括电力电子器件、变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁元件和磁场分布模型等,还要考虑开关管的热模型、可*性模型和EMC模型。各种模型差别很大,建模的发展方向是:数字-模拟混合建模、混合层次建模以及将各种模型组成一个统一的多层次模型等。

  电源系统的CAD,包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数最优化、磁设计、热设计、EMI设计和印制电路板设计、可*性预估、计算机辅助综合和优化设计等。用基于仿真的专家系统进行电源系统的CAD,可使所设计的系统性能最优,减少设计制造费用,并能做可制造性分析,是21世纪仿真和CAD技术的发展方向之一。此外,电源系统的热测试、EMI测试、可*性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。

  关注点十:系统集成技术

  电源设备的制造特点是:非标准件多、劳动强度大、设计周期长、成本高、可*性低等,而用户要求制造厂生产的电源产品更加实用、可*性更高、更轻小、成本更低。这些情况使电源制造厂家承受巨大压力,迫切需要开展集成电源模块的研究开发,使电源产品的标准化、模块化、可制造性、规模生产、降低成本等目标得以实现。实际上,在电源集成技术的发展进程中,已经经历了电力半导体器件模块化,功率与控制电路的集成化,集成无源元件(包括磁集成技术)等发展阶段。近年来的发展方向是将小功率电源系统集成在一个芯片上,可以使电源产品更为紧凑,体积更小,也减小了引线长度,从而减小了寄生参数。在此基础上,可以实现一体化,所有元器件连同控制保护集成在一个模块中。
angelawang09
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  • 2011-1-18 11:20:19
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《让子弹飞》着实是狠狠的火了一把,2011年年底电影当之无愧,我们搞技术的天天在实验室闷着也不是办法,有空了可以去看看这电影。让我下决心去看这电影的原因是在电子工程师论坛看到同行写的影评,真的是写到我心里去了。或许原文更精彩,因为下面有一堆跟帖的。原文地址:http://www.cntronics.com/club/space.php?uid=18428&do=blog&id=13581

我这里就直接把文章复制了过来。本人qq:1454641288。希望交结些喜欢电影跟技术的童鞋。

文章内容:站着把钱赚了,这是向来不向强权低头的姜文的响亮口号。姜文的《让子弹飞》没有向强权低头,而且赚了大把的钱。在强权当道的中国,他树立一个真实英雄的榜样。

撇开大环境, 我们将镜头收缩到小小的企业内部,有没有发现,在中国,绝大多数的开发人员都是无法站着赚钱的?!尽管不是所有的开发人员都站不直腰杆,但是绝大多数都是如此。

开发人员表面 上开起来比较风光,在面对其他部门的人时,比较“牛”。但是,那是面对相对弱势的群体时,开发人员才“牛”得起来。面对老板,面对上层管理者,开发人员绝大多数是弯着腰站不直的。(《让子弹飞》里有个武举人的形象与此类似)。

就以免费加班 这件事来说,这是典型的压榨开发人员的一种制度。在中国,绝大多数的公司都有这样的潜规则:开发人员晚上必须加班,而且是免费的。而且还有很多公司,开发人员即使把活干完了,也必须强行免费加班。

开发某个项目 时,项目紧,为了赶项目,有时必须加班才能完成任务,这点可以理解。但是,晚上加班就必须给1.5倍以上的工资,周六日加班必须给2倍的工资, 或者给同样时间的调休。这些要求,对生产工人,甚至对其他部门的管理人员来说,这些都是天经地义的事。唯独是开发人员,必须是免费加班。

有的人会认 为,开发人员工资高,所以免费加班是合理的。大家应该搞清楚,开发人员的工资相对高一点,是因为他干的活技术含量高,为公司做出的贡献大。只要不是老板和大股东,加班拿加班工资是天经地义的事。不能因为开发人员工资高就要受压榨。

当然,有的公 司除了生产工人,所有的技术人员和管理人员加班都是免费的。这本来就是不合理的。而开发人员一般更吃亏,因为开发人员的工作总是被排得很满,所以相对来说,免费加班的时间比别人多很多。而且,很多公司,其他部门的人,活干完了可以不加班,唯独是开发部的,活干完了也得加班。活干完了也要加班,这么多时间 用来干什么呢?很多开发人员就开始学会了打太极拳,活嘛,要慢慢干,不要傻兮兮得一下子都干完活了,显得无所事事。老板或领导看着你都在为他卖命,心理很快活,你也很“快活”。

当然,如果你 说你活干完了,不想加班,那么就会有领导找你谈话了,说看来给你安排的工作量太少了,别人的活都“干不完”要加班,不如分一些别人的事给你干。面对这些情况,“聪明人”都会变得活干不完,“主动”免费加班。还有的公司,即使不用不加班的时候,下完班大家也不敢走太早,太极拳一个比一个打得好。

一个月偶尔加 一两次班,这样的工作量还可以接受。如果一周加好几天班,甚至天天加班,而且是免费加班,那么,那绝对是压榨。如果是工作量真的很大,长期要加班才能干完工作,那也是公司招的人太少了,人手不够,人手之所以不够,那也是公司故意的,因为开发人员加班是免费的,与其多招人来干活,还不如免费压榨你。

项目不紧,活 不用加班也能干完,日子也好不了那里去。反正你加班是免费的,逼着你加班,你装模作样也要干点活吧?不管老板心痛不心痛水电费,至少开发部领导可以和老板说,你看我们的人多卖力。老板看见开发部的人都在为他卖命,于是心花怒放。

如果一个人真 的老是要加班,我认为原因无非有两种。一个是工作量实在是太大了,你应该知道,这样是不公平的,因为公司有义务合理安排工作量,或者多招点人。如果确实别人分摊不了你的工作量,那么,你加班更应该领1.5倍或2倍以上的工资,而不是免费加班。老是要加班的另外一个原因是,有可能是你的效率太低了,本来应该在正常工 作时间内干完的活,你却要加班才能完成。当然,如果是工作效率太低,那工资可以拿低一点嘛,让公司多招人分摊掉你的工作。总之,对我来说,长期要加班的人,并不值得自豪。要么是被严重压榨的对象,要么是效率低。

公司要求开发 人员要经常加班,加班究竟是工作量真的太大还是在装模作样,只要太极拳打得好,那是难分真伪的。于是领导高兴,你也“高兴”,大家心照不宣,圆满大结局!

可是,真的很 完美么?开发人员的工作一般是高度紧张的脑力劳动,如果工作量真的太大,公司他妈的就不会多招人吗?或者凭什么不给加班费?如果工作量不是那么大,也逼你必须装模作样免费加班,你心里真的爽么?还不是迫于相关人员的淫威?

可想而知,这 这样的环境下的中国开发人员,有几个会由衷地热爱公司?低头弯腰工作的开发人员会有多大的激情和锐气去工作?成天忙的头昏脑胀的开发人员更不可能有多大灵感,开发出来的东西不老出问题就不错了。

在中国,有的 开发人员会偷偷地接外单,甚至借公司的平台来接外单。有的与供应商勾结来贪污。这些行为都不是光明正大地赚钱的。如果公司有一个让人热爱公司或感恩公司的环境,我想上面这些行为会少很多。可惜很多公司就是像上面说的,压弯了开发人员的脊梁,于是开发人员无法对公司产生感情。

姜文在电影 《让子弹飞》深刻揭露了中国普通民众懦弱的一面。面对免费加班的制度,中国的开发人员大多是敢怒不敢言,私下里再反感,也不敢公开反对,即使有人带头提倡来反对这些制度,这些人也是不敢响应,这与《让子弹飞》里的情节完全相同。

中国的开发人员,什么时候站着把钱赚了?

让子弹飞会 儿!
angelawang09
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  • 2011-1-18 11:21:05
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华为智能电网解决方案
华为谁都知道,其技术在国内那是没得说了,而华为的一些内部技术资料,解决方案自然是受到大家的喜爱。在我爱方案网上面找到几篇华为的内部解决方案文章,这里先贴一篇。如果看了觉得对你用可以再来找我要。本人qq1454641288.欢迎同行交流。
华为智能电网解决方案:基于自身雄厚的通信技术积累和丰富的实践经验,结合对国家智能电网信息化建设的理解和探索,华为公司为电力企业设计提供了一整套端到端智能电网通信解决方案,主要包括:超长距离通信传输;高度智能、可自愈的传输网络;大容量、高安全、精细化管理的数据网络;有线、无线相结合的配电通信和用户信息采集方案
1.特高压超长距传输网解决方案
中国智能电网的特色之一就是建立特高压为骨 架的坚强电网,多条特高压输电线路建设正在展开,与之相适应的单跨250km350km的超长距通信传输技术成为重要课题,传统EDFA放大器技术已无法满足需求。
华为采用先进的编码技术改善误码率,采用大 功率放大器,高灵敏、低噪声的拉曼放大器,以及遥泵技术,延长传输距离,在300km350km超长距离传输领域,处于业界领先地位。同时,华为公司2.5G10G SDH传输设备使用统一的光放设备,内置光放、外置光放均在统一网管平台管理,为用户提供方便、高效的运维 手段。
2.智能化、可自愈的通信传输网解决方案
电网智能化的关键是实现网络智能化并使网络 具有可自愈性,这就要求首先实现传输网络的智能化。基于ASONOTNSDH可以实现网络智能化,OTN技术兼具SDHWDH的优点,具备了更完善的保护和管理能力,已成为骨干层大颗粒业务传送的主流技术;在控制层面,ASON/GMPLS技术解决了跨环、跨节 点业务调度的难题,扁平结构、自动发现机制带来网络的易扩展性,MESH直达和重路由提高了网络生存能力和带宽利用率。
在国干、省干网层面,华为建议采用标准OTN架构,实现大颗粒业务疏导,适度开启ASON功能,网络拓扑上形成MESH组网模式,使网络具备自愈性,提高 网络安全性;在城域网范围内,采用具备ASON功能的SDH设备组网,在与传统网络无缝对接的同时,提高网络可靠性和高效性。
3.大容量、高可靠、精细化管理的数据网解决方案
智能电网数据网络分为调度数据网、综合数据 网。调度数据网主要承载生产控制大区业务,综合数据网主要承载管理信息大区业务。华为公司有完整的系列化路由器和交换机设备,可以根据不同的需求进行灵活 组网,以最佳的方案满足智能电网数据网络建设的需求。
在路由器领域,华为NE系列路由器除了容量大业务承载性好之 外,还能提供完善的层次化QoS控制。最新推出的NE40-X3, X8,X16系列交换机采用业界领先的400G平台,具备小机柜大容量的特点,并具 有可演进可扩展性,可以平滑升级以满足未来业务发展需求。此外,NE系列路由器支持NSRBFDFRRVRRP等各种技术,全面提供可靠性保护。
在交换机领域,华为提供完整的S93S53S33S23系列化产品,全面支持百兆、千兆、万兆 不同级别的端口交换能力,满足接入、汇聚、核心不同层次的交换需求。交换机具备多业务承载能力,业务容易部署,支持运营级QoS,并提供传输级高可靠性。
4.有线、无线相结合的配电自动化及用户信息采集解决方案
配电自动化和用户信息采集,一直以来是电力 系统发展最薄弱的环节,也是电网实现智能化的关键。配电自动化包括各种采集控制终端(FTU, DTU, TTU, RTU等)采集信息的上传和主站控制命令的下达;用 户信息采集包括用户用电信息的上传以及采集指令的下达。华为在配电自动化和用户信息采集方面,提供了有线方式(xPON)和固定无线宽带方式(SG-BRAS智能电网宽带无线接入系 统)相结合的互补方案,可以根据不同场景需求进行选择和应用,在光纤易于铺设的地方可以优先采用xPON,在光纤不易铺设或者要求终端灵活接入的地方可以采用固定无线宽带。
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