本文討論的是如何在高功率的應用中,採用硬式切換方式替代傳統共振方式。硬式切換的功率架構提供系統上的優勢,例如複雜度較低,較高的內在可靠度,因此,能降低系統成本及加快上市時間。經過改善後的功率開關,開啟狀態時的電阻更低、切換的過渡更快速,使硬體切換和共振間的效率落差穩定地減少。本文中將敘述現今伺服器和電訊電源供應器的最新架構,方式是以兩個採用主動式(Active)PFC的1000W參考電路板系統,其主功率級採用的是相移(phase shift)ZVS全橋(full bridge)或用交插式(interleaved)雙電晶體順向轉換器(forward converter)做比較。在一個硬式切換系統中採用全新的高壓功率MOSFETs,從主功率級量測至輸出連接器的性能來看,可以達得超過91%的最大效率。與在共振系統中採用次佳的MOSFET的最大可達效率比較,這個結果顯示出相同,甚至更好的效率。
應用於運算和通訊中的電源供應器,一直面對增加功率密度需求的壓力,在相同或更小的尺寸中,被要求能供應比以往產品更多的功率。舉例來說,許多終端客戶都要求在相同的外殼和尺寸中,能將輸出功率升級20~30%,而且藉著效率的提昇,必須能夠有效的控制散熱的問題。於是,在這前提下產生了數個需求:改善半導體和被動元件的效益及創新架構,從全新半導體元件之功能中獲得有利的好處。低電壓隔離式的DC/DC作法提供了一些新方式和技術,能夠改善磁性和被動元件的使用,但是這些作法常常無法很順暢地擴展至較高的電壓和功率,因為和低壓半導體裝置相比較,高壓方面的性能受到相當的限制。
本文將探討最近發展的高壓超接合面(super junction)功率MOSFET以及矽晶碳化物Schottky二極體,並比較採用硬式切換或共振方式在性能、系統成本和可靠度方面的優缺點。
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