DC/DC變換器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)(一)
文中主要介紹DC/DC變換器發(fā)展過(guò)程及以下發(fā)展方向，實(shí)際工程應(yīng)用可以更好的了解與選用DC/DC變換器。在文章結(jié)束我們也為你介紹了一些世界著名DC/DC開(kāi)發(fā)制造商的產(chǎn)品特色，以供選用。
分布式電源系統(tǒng)應(yīng)用的普及推廣以及電池供電移動(dòng)式電子設(shè)備的飛速發(fā)展，其電源系統(tǒng)需用的DC/DC電源模塊越來(lái)越多。對(duì)其性能要求越來(lái)越高。除去常規(guī)電性能指標(biāo)以外，對(duì)其體積要求越來(lái)越小，也就是對(duì)其功率密度的要求越來(lái)越高，對(duì)轉(zhuǎn)換效率要求也越來(lái)越高，也即發(fā)熱越來(lái)越少。這樣其平均無(wú)故障工作時(shí)間才越來(lái)越長(zhǎng)，可靠性越來(lái)越好。因此如何開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出更高功率密度、更高轉(zhuǎn)換效率、更低成本更高性能的DC/DC轉(zhuǎn)換器始終是近二十年來(lái)電力電子技術(shù)工程師追求的目標(biāo)。例如：二十年前Lucent公司開(kāi)發(fā)出第一個(gè)半磚DC/DC時(shí)，其輸出功率才30W，效率只有78%。而如今半磚的DC/DC輸出功率已達(dá)到300W，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)93.5%。
從八十年代末起，工程師們?yōu)榱丝s小DC/DC變換器的體積，提高功率密度，首先從大幅度提高開(kāi)關(guān)電源的工作頻率做起，但這種努力結(jié)果是大幅度縮小了體積，卻降低了效率。發(fā)熱增多，體積縮小，難過(guò)高溫關(guān)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)MOSFET的開(kāi)關(guān)速度還不夠快，大幅提高頻率使MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗驅(qū)動(dòng)損耗大幅度增加。工程師們開(kāi)始研究各種避開(kāi)開(kāi)關(guān)損耗的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。雖然技術(shù)模式百花齊放，然而從工程實(shí)用角度僅有兩項(xiàng)是開(kāi)發(fā)成功且一直延續(xù)到現(xiàn)在。一項(xiàng)是VICOR公司的有源箝位ZVS軟開(kāi)關(guān)技術(shù)；另一項(xiàng)就是九十年代初誕生的全橋移相ZVS軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。
第一代有源箝位技術(shù)：
有源箝位技術(shù)歷經(jīng)三代，且都申報(bào)了專(zhuān)利。第一代系美國(guó)VICOR公司的有源箝位ZVS技術(shù)，其專(zhuān)利已經(jīng)于2002年2月到期。VICOR公司利用該技術(shù)，配合磁元件，將DC/DC的工作頻率提高到1MHZ，功率密度接近200W/in3，然而其轉(zhuǎn)換效率卻始終沒(méi)有超過(guò)90%，主要原因在于MOSFET的損耗不僅有開(kāi)關(guān)損耗，還有導(dǎo)通損耗和驅(qū)動(dòng)損耗。特別是驅(qū)動(dòng)損耗隨工作頻率的上升也大幅度增加，而且因1MHZ頻率之下不易采用同步整流技術(shù)，其效率是無(wú)法再提高的。因此，其轉(zhuǎn)換效率始終沒(méi)有突破90%大關(guān)。
第二、三代有源箝位技術(shù)：
了降低第一代有源箝位技術(shù)的成本，IPD公司申報(bào)了第二代有源箝位技術(shù)專(zhuān)利。它采用P溝MOSFET在變壓器二次側(cè)用于forward電路拓樸的有源箝位。這使產(chǎn)品成本減低很多。但這種方法形成的MOSFET的零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）邊界條件較窄，在全工作條件范圍內(nèi)效率的提升不如第一代有源箝位技術(shù)，而且PMOS工作頻率也不理想。為了讓磁能在磁芯復(fù)位時(shí)不白白消耗掉，一位美籍華人工程師于2001年申請(qǐng)了第三代有源箝位技術(shù)專(zhuān)利，并獲準(zhǔn)。其特點(diǎn)是在第二代有源箝位的基礎(chǔ)上將磁芯復(fù)位時(shí)釋放出的能量轉(zhuǎn)送至負(fù)載。所以實(shí)現(xiàn)了更高的轉(zhuǎn)換效率。它共有三個(gè)電路方案：其中一個(gè)方案可以采用N溝MOSFET。因而工作頻率較高，采用該技術(shù)可以將ZVS軟開(kāi)關(guān)、同步整流技術(shù)、磁能轉(zhuǎn)換都結(jié)合在一起，因而它實(shí)現(xiàn)了高達(dá)
