Hiểu được sức mạnh phủ nhận trong văn cảnh

Mật độ điện - được tổng hợp trong watt trên mỗi inch khối (W/in3) hoặc watts trên mỗi cm khối (W/c3) - Tính năng lượng có thể cung cấp năng lượng cho mỗi đơn vị đơn vị. Để có thiết bị cung cấp điện gọn, mật độ điện cao có nghĩa là các kỹ sư có thể vừa khít nhiều watt hơn với một dấu chân nhỏ hơn, cần thiết cho thiết điện tử hiện đại như máy tính xách tay, thiết bị y tế, t t thiết bị viễn thông, và tự động hóa. Công nghiệp cho PS thế hệ kế tiếp thường vượt quá 50/3, cách tân từ các thiết bị quản lý nhiệt hệ thống điều khiển bán dẫn đến hệ thống điều khiển nhiệt A. Cần thiết một phương pháp hỗ trợ nhiệt và đường dẫn điện tử, và các đường dẫn điện tử.

Thiết kế lõi cho sự phủ nhận quyền lực cao

1. Thao tác tần số cao

Tăng tần số chuyển đổi của máy điện năng giảm kích cỡ vật lý của các thành phần từ (các biến đổi, dẫn điện) và phản chiếu. Chẳng hạn, 1 thiết kế định dạng MHz có thể thu nhỏ một khối lượng dẫn xuất bởi 5 đến 100 kz, giả sử cùng một điều kiện. Tuy nhiên, tần số bị mất đi thấp hơn các thiết kế kiểu silicon.

Các từ tính cao cấp và chuyển đổi phẳng

Các thành phần từ tính thường chiếm khối lượng của PSU. Dùng máy biến áp kế toán với dây PCB có khắc nét làm giảm độ cao và tăng sự kết nối nhiệt. Vật liệu có khả năng tăng cường (như 3F4 hoặc N87). Cho phép các biến đổi cơ quan trung tâm ít hơn và giảm thiểu. Đối với thiết kế nhỏ hơn, việc kết hợp các từ tính với nhau trong ống dẫn và chuyển đổi thành một cấu trúc riêng lẻ, tiết kiệm và giảm kết nối. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh sự hạn chế điện trên 100 W/c3 bằng cách sử dụng cấu trúc đa chiều đa chiều đa phẳng với các cấu trúc gió để giảm độ nhiễu từ trường trong việc rò rỉ và nhiễu nhiễu.

Để biết thêm chi tiết về thiết kế máy biến áp planar, xem Ghi chú ứng dụng của TI trên phẳng .

3. Những người bán dẫn rộng- Bandgap

Các thiết bị GaN và SiC chuyển đổi nhanh hơn và xử lý điện áp cao hơn silicon, cho phép các ứng dụng nhỏ hơn thụ động và đơn giản hơn. GaN FETs, với điện năng cửa thấp và 0 phục hồi ngược, giảm kích cỡ của máy đo và nhiệt độ cao hơn. Hệ thống định vị điện áp cao hơn (>600) ứng dụng như máy phục vụ PSU và bộ sạc điện, nơi mà họ cho phép cho phép máy biến đổi nhỏ hơn và giảm giá cả. Chi phí bán hàng là giảm, nhưng việc sản xuất lại thu hẹp khối lượng điện tử. Đối với bộ phận chuyển đổi ACCD, dùng trong một hệ thống sửa chữa hệ thống điện tích điện của máy tính (CMT) để giảm lực (CMMMMMT) có thể chạy, có thể giảm khối lượng lớn, có thể giảm trọng lượng lớn.

4. Quản lý nhiệt độ hiệu quả

Việc lấy nhiệt là một cái nút giữ nhiệt cho mật độ năng lượng.

  • Ống Cải và Phòng hơi để tỏa nhiệt từ điểm nóng đến vây bên ngoài.
  • Làm mát lỏng ) với đĩa lạnh vi mô cho ứng dụng mật độ năng lượng cao như trung tâm dữ liệu.
  • Khởi động và tóm tắt với nhiệt độ dẫn nhiệt để điều khiển nhiệt đến bao vây.
  • Nhiệt độ được nhúng ) trong máy PCB sử dụng đồng hoặc các lớp lõi nhôm.

Giả lập nhiệt (CFD) và việc lặp lại mẫu là thiết yếu để cân bằng kích thước và nhiệt độ tăng.

5. Bộ đa máy PCB có bố trí đúng

Tính PSU hầu như luôn luôn sử dụng các máy PCB đa lớp (4–12) để xếp các dấu năng lượng, mặt phẳng mặt đất và lớp tín hiệu. Tính năng này giảm vòng thời gian phụ và cho phép các bộ tụ điện bị động (có khả năng chống tụ điện, đối kháng). Kỹ thuật bố trí quan trọng bao gồm:

  • Thu nhỏ đường dẫn hiện thời từ đầu vào đến đầu ra bằng máy bay đồng tận tụy.
  • Đặt các tụ điện tách rời càng gần với việc chuyển đổi FEET.
  • Sử dụng dấu vết có kiểm soát được cho tín hiệu cổng tần số cao.
  • Tránh sự chồng chéo của các nút nhiễu ồn ào và nhạy cảm để giảm sự can thiệp điện từ (EMI).

Một bố trí được thiết kế tốt có thể giảm thiểu dấu chân của máy PCB lên đến 30% trong khi tăng hiệu suất lên 1–2%.

6. Hợp nhất và hệ thống trong-pút (SiP)

Kết hợp bộ điều khiển, FET và từ tính thành một gói riêng (một nhóm điện) rất ít âm lượng và sự mất kết nối. Các công ty như Vicor, Int ước tính, và các cấu trúc Texas cung cấp các mô- đun chuyển đổi ( bustler) có thể thu nhỏ các thành phần theo chiều dọc và sử dụng phụ tương tự (LTCC, DBC). Để thiết kế riêng, chúng bị con tin bị phơi bày hoặc thụ động bên trong hộp PCB (thành phần đã đóng gói) có thể làm giảm đi nhiều hơn nữa PSU.

Để xem tổng quát của thiết kế mô- đun điện, xem bài báo kỹ thuật củaPSMA về thiết kế mô- đun điện .

Name

Tụ điện: Cỡ v. Ripple Hiện tại

Bộ tụ đồ gốm đa tầng (MLCCs) cung cấp mật độ tập hợp cao cho các đường cong có độ tụ điện thấp (v. d. 1F trong 402 gói). Tuy nhiên, hệ số đầu vào điện áp và nhiệt độ cao (X5R, X7R) phải được xem xét. Đối với các kiểu địa tích điện tử, nhôm hoặc soflumm có độ lớn hơn xử lý các hộp nhỏ hơn điện tử tiêu chuẩn. Đối với giai đoạn đầu lọc nhiệt độ cao, bộ phận bộ phận bộ não cảnh báo (như polypyne) được chọn cho tính chất thấp và chất tự bảo vệ.

Kẻ bắt cóc và người biến hình

Các vật liệu có mật độ dao động cao (v. d. FSi, FeNi, hoặc một chức năng biến dạng/nanostalline) cho phép các vùng cắt chéo nhỏ hơn. Dây điện hoặc dây gió lá cây thổi chậm giảm thiểu sự mất mát điều hòa tần số cao. Đối với thiết kế siêu đối xứng, cặp hai bộ phận (v. d. cho phép người chuyển đổi nhiều phần) chia sẻ lõi và giảm số đếm.

Nửa dẫn điện: vượt qua Silicon

Như đã đề cập, GaN và SiC được ưu tiên. Khi áp đặt mức độ hạn chế tính năng silicon, sử dụng CoolMOS với các diode nhanh hoặc nghiêng OptimOS vẫn có thể cải thiện mật độ mật độ so với các SMOSFET cũ. Đối với các thiết bị chuyển đổi thấp (100 V) PLers, các giai đoạn điện tích hợp với kẹp hoạt động hoặc GaN có sẵn từ nhiều nhà cung cấp khác.

Những ý tưởng cấp cao về sự phủ nhận cao

Tính chất học đầu tiên tác động trực tiếp đến kích cỡ thành phần. Đối với nguồn điện AC-DC cô lập, bộ chuyển đổi LLC được ưa chuộng cho sức mạnh trung bình (200 W–2 kW). Trong việc chuyển đổi không có số lượng nào (ZVS) và từ tính nhỏ. Đối với các điểm ẩn cao hơn, sự kết hợp PFC- cột cây cầu cộng LLC có thể đạt >97% hiệu suất. Trong việc chuyển đổi không phân hủy DC- C, việc cho phép đa kênh đa kênh chuyển đổi sẽ giảm kích cỡ lan rộng và không giới hạn nhanh hơn.

Một phần cực đại khác hứa hẹn là bộ tụ điện đa cấp bay, dùng bộ tụ điện nhỏ hơn và công tắc để tăng tần số hiệu quả mà không cần tăng độ mất đi. Để so sánh toàn diện [FLT: 0], kiểm tra [FLT: 0] bài báo về sự chọn lọc địa chất .

Những thử thách thực tế và những vụ trao đổi

Mật độ năng lượng cao thường xung đột với các mục tiêu khác: chi phí, EMI, đáng tin cậy và khả năng sản xuất. Chẳng hạn, tần số đẩy cao hơn giảm kích cỡ từ trường nhưng làm tăng hiệu ứng da và phóng xạ EMI. Việc gặp gỡ có thể đòi hỏi phải tăng cường lọc. Việc đạp xe và các điểm nóng có thể làm giảm lượng tụ điện và các khớp theo thời gian, vì vậy việc thử nghiệm giảm hiệu quả và đáng tin cậy là bắt buộc.

Việc dùng ống dẫn điện trong một thiết kế dày đặc có thể gây ra điện áp quá tải và rung, cần thiết thiết thiết thiết thiết bị giảm năng lượng thải. Các kỹ sư thường lặp lại giữa mô phỏng (FEA cho từ tính, CFD cho nhiệt độ, SPICE cho điện) và các mẫu thử để hội tụ lại thiết kế có thể cân bằng hiệu suất thực tế.

Sự mâu thuẫn trong tương lai trong việc tính PSUs

Sự gia tăng độ mật độ điện năng tiếp tục với xu hướng như gói 3D (stacked diff), tích hợp GaN-on-Si, và các trình điều khiển cổng cao cấp. Đang sử dụng sự tích hợp dọc, như chết chồng chéo với các tần số thời gian thực có thể điều chỉnh tần số hoặc giai đoạn để tải sự thay đổi, tăng mật độ ánh sáng, và không cần hy sinh.

Để xem xét mật độ năng lượng thế hệ tiếp theo, xem roadmap của Elcctor tới 1000 W/in3 .

Kết luận

Mật độ năng lượng cao trong các đơn vị cung cấp điện gọn gàng là một thách thức kỹ thuật đa ngành đòi hỏi sự lựa chọn cẩn thận về các hệ thống cao cấp, bán dẫn, vật liệu điều khiển nhiệt, và chiến lược quản lý nhiệt. Bằng cách sử dụng thiết bị chia rộng băng tần, kế hoạch từ tính, thao tác bán tần số cao, và bố trí thông minh, các nhà thiết kế có thể cung cấp hơn 100 W/c3 trong các sản phẩm thực tế. Chìa khóa để cân bằng các giao dịch giữa các hiệu suất, EMI, và tính hiệu quả đáng tin cậy trong khi đẩy các giới hạn nhiệt phân hủy. Khi công nghệ bán hàng và bán dẫn tiếp tục tiến công nghệ PS ngày mai, thậm chí còn nhỏ hơn, các thiết bị điện tử và tất cả các kích cỡ điện tử có hiệu lực hơn.