|
- UID
- 895510
|
当今的工业部门面临着多方面的挑战，其中包括随着环保和节能问题日益升温而不断提高的能效要求，还有顺应台式机小型化这一潮流对功率密度提出的更高要求，或者说在给定外形尺寸的情况下要求更高的输出功率，例如面向服务器产品的前端电源。在消费电子领域，我们看到计算和娱乐设备将日益走向融合，这将对电磁干扰(EMI)和静电放电(ESD)提出更严格的要求。此外，厂商提供的解决方案必须做到经济合算，这进而要求降低材料成本和实现标准化。
挑战和解决方案
● 效率
过去几年来，电源效率一直是一个散热设计范畴，即如何避免电源组件过热。因此，设计的重点一直是低输入电压条件下的满负荷效率。如今这个设计要点仍然非常重要，但考虑设备典型工作条件的部分负荷效率问题日益重要。譬如，在20%、50%和100%的额定输出功率条件下要求实现80%以上的电源效率(即80+)就是一个很好的例子。诸如IBM和惠普等全球知名服务器厂商都要求在整体输出功率范围内实现80% ~ 90%的效率。
在服务器行业，功率密度和效率已经达到一个很高的水平，目前的主要挑战是如何提高部分负荷条件下的功率。市场上现有的一种很好的解决方案是将功率调节稳压功能和初次级隔离功能分别由两个独立的功率级来实现。诸如升压/降压/谐振PWM级等电源架构日益普及。这个架构的主要优势在于，不管电源的负载条件如何，谐振PWM级始终能够以最大的占空比运行。这对诸如LLC变换器等谐振PWM拓扑是一个理想条件，对同步整流而言更加理想，因为变压器二次侧电压仅仅稍高于输出电压。这样，同步整流电源MOSFET就可以使用更低的电压，譬如40V，而不是12V输出电源所采用的75V～100V电压。这个架构的缺点是控制更加复杂，还有因为增加负载调节级所导致的效率损失。但实际应用表明，采用这个架构的系统的整体效率超过了常规的两级系统。
顺应这一趋势，英飞凌推出了CoolMOS CP 500V/600V产品线，并且即将推出和公司现有的100V产品互为补充的40V和60V OPTIMOS型号。
在PC电源中，最大的效率损耗来自二次侧整流——目前大部分设计仍然采用肖特基二极管。由于电源需要提供三个不同的输出电压(通常为3.3V、5V和12V)，并且输出电流较高，因此若要使用同步整流，无论使用控制集成电路(IC)或者自驱动方案的解决方案，设计人员都需要花较大的精力设计同时控制三路输出。鉴于效率要求和缩小电源尺寸的必要性，常规盒式电源的输出架构将朝着一个固定12V输出电压后接直流/直流转换器以产生所需的5V和3.3V电压的方向发展。单管正激SFX和双管正激TFX的设计已经体现了这一发展趋势，大功率ATX的设计也将导向这一趋势。顺应这一潮流，英飞凌推出了面向高压和低压MOSFET的全系列产品。
● 功率密度
提高功率密度主要源于在给定外形尺寸的情况下对更高输出功率的要求(譬如1U刀片式服务器设计)。对更高功率的要求源自改进服务器机架制冷方案以便在一个机架中安装更多的处理器，这进而对给定计算能力的服务器群的空间提出了更严格的要求。新近设计的产品的功率密度已经达到每立方英寸30W左右，进一步提高的难度很大，特别是考虑到同时要保持甚至提高效率。
由于效率下降问题，诸如提高PFC频率等简单方案已不再可行。由于组件数量增加，PFC交错并联同样不简单，但它仍不失为在同等或者更低功率密度条件下提高效率的一种可选方案。
对于PWM级，采用交错并联双管正激变换的拓扑可能会带来一定的优势，因为这种方案采用两个较小的磁芯，而不是一个较大的磁芯。此外，由于对二次整流器电压要求较低，这个方案还有助于实现同步整流。因为RDS(on)是同步整流MOSFET的主要前提条件，在给定占位空间或封装尺寸的情况下，更低的电压级别能够为实现RDS(on)带来很大的好处。因此，减少并联组件的数量即可提高功率密度。此外，我们还留意到在垂直于电源主板的方向上独立安装子卡的趋势。类似地，上文所讨论的升压/降压/谐振PWM架构也有助于同步整流设计。尽管增加了一个降压级，设计人员仍然需要满足空间要求。
在对效率和功率密度的关系进行全面分析后，发现提高效率比提高功率密度更加重要。
● 瞬态骚扰抗受性和电磁干扰EMI案规
随着计算和娱乐功能的日益融合，越来越多的用户终端装配了天线或者有线上网组件，结果更易受到外部静电放电(ESD)和雷电电涌的干扰。提高控制集成电路(IC)对瞬态电涌的抗干扰性成为设计的要点之一。设计人员必须非常小心避免外部干扰导致控制电路异常。在全面分析外部电涌对内部组件的破坏性之后，英飞凌推出了CoolSET ICE3A1065LJ增强版，它可以抗受高达20kV的静电放电和高达10kV的雷电电涌。 www.esd.cn |
|
