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打造高功率密度方案 TI点出四大层面
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 报导】   2020年08月22日 星期六

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在现代电力输送解决方案中,功率密度的重要性和价值不容小黥。为了更确实了解高功率密度设计的基础技术,德州仪器资深科技委员Laszlo Balogh点出研究高功率密度解决方案的四大层面:减少耗损产生、最隹拓朴和控制选择、有效排热、透过机械和电气元件整合来减少系统体积。

德州仪器资深科技委员Laszlo Balogh指出,效率和功率密度在功率传输应用中息息相关。
德州仪器资深科技委员Laszlo Balogh指出,效率和功率密度在功率传输应用中息息相关。

对於电源管理应用而言,功率密度的定义似??不复杂:转换器的额定(或标称)输出功率除以转换器占用的体积。

Laszlo Balogh指出,不过,如果要依据电源密度比较电源,即使是这个简单的界定也需要充分厘清。输出功率对应於转换器在最不理想的环境条件下可以提供的连续输出功率。相关的功率能力可能会受到环境温度、可接受的最高机壳温度、方向、高度和预期寿命的各种因素所影响。

他进一步说明,另一方面,依据转换器的应用和构造,也可以多种方式界定电源供应的体积。可能会显着影响体积,对於报告的电源功率密度产生影响的一些变数:包括或排除电磁干扰滤波器、风扇、机壳要求,以及输入和输出储能电容,这些通常是要件,不过并不属於许多模组化电源的一部份。因此,比较文献中报告的功率密度资料时,必须了解和考量这些变数。

Laszlo Balogh表示,为了达到高功率密度,效率、尺寸和功率密度之间的特殊关系相当明显。效率被视为达到高功率密度的要素,因为必须减少装置的热量。为了运用更高的效率,解决方案的体积(也就是尺寸)必须缩小。同时达到高效率和小尺寸需要能够在高运作频率下高效率运作的解决方案。

高效解决方案的特点

.减少切换损耗

可以提供低导通和低切换损耗的切换元件。

.拓朴、控制和电路设计

需要正确的拓朴才能在高切换频率下运作。依据应用的控制技术,考量到大多数转换器拓朴可以依据不同的模式运作,例如传统的方波脉冲宽度调制、零电压或零电流转换或全谐振模式,也必须采用控制方法和创新的电路。

.整合

更高的运作效率对被动元件的缩放作用有助於缩小电源转换器的尺寸。不过,功率密度难题有另外一个相当重要的部份,也就是整合,这可透过藉由矽技术以单一晶片结合电源和控制元件来达到。对於半导体装置,设计人员运用整合多个半导体晶粒的多晶片模组技术,在许多情况下甚至运用被动装置、电容和磁性元件。转换器及其机壳的机械和印刷电路板设计必然是达到高功率密度的关键因素。

.改善的热性能

对於尽可能减少外部冷却表面之间的温度梯度和实际矽温度,TI的增强型封装和先进的引线框架技术发挥重要的作用。这些技术以及具备的建模和优化功能促使热性能改善,不仅可以达到高功率密度设计,且有助於TI半导体装置长时间稳定运作。

Laszlo Balogh强调,将这四个基础技术相结合是许多成功执行的高功率密度设计必要的基础。因此,检视达到的功率密度就可以对设计人员运用最合适的半导体技术所达到的程度进行评等,以并对於设计人员是否选择正确的拓朴、控制方法、机械设计、热管理和整合策略进行评等。

關鍵字: TI 
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