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随着电子设备的小型化趋势,稳压电源在体积和重量上有哪些创新的技术来满足需求?

2024-08-08

在当今电子设备不断朝着小型化、便携化甚至可穿戴化发展的大背景下,稳压电源作为众多电子设备不可或缺的动力源,在体积和重量上面临着新的挑战,同时也催生出一系列创新技术来适应这种趋势。

静态电子式稳压电源.png

一、高频开关技术

传统的线性稳压电源往往体积较大且转换效率相对较低。高频开关技术的应用使得稳压电源可以工作在高频状态下,变压器和电感等磁性元件的体积得以显著减小。通过高频的开关动作,能快速地对输入电源进行斩波和调整,实现高效的电压转换和稳定输出。这样既减少了磁性元件的尺寸和重量,又提高了电源整体的功率密度。


二、集成化设计

1. 芯片级集成

将稳压电路中的多个分立元件如调整管、控制电路、保护电路等集成到一个芯片上,大大减少了元件之间的连线和空间占用。这种高度集成的芯片不仅体积小巧,而且性能更加稳定可靠,简化了外部电路设计。

2. 模块集成

将稳压电源的部分电路,如功率变换模块、滤波模块等集成到一个紧凑的模块中。模块可以方便地嵌入到电子设备的电路板中,减少了在电路板上单独布局多个元件的麻烦,也降低了整体的高度和占用面积。


三、新型材料的应用

1. 磁性材料

采用新型的高磁导率、低损耗的磁性材料用于变压器和电感等。这样可以在实现相同的电磁转换功能前提下,减小磁性元件的体积和重量。例如纳米晶磁性材料等,其性能比传统的铁芯材料有了很大的提升。

2. 半导体材料

宽禁带半导体材料如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等逐渐应用于稳压电源领域。它们具有高耐压、高频率、低导通电阻等特性,使得电源的转换效率更高,散热需求降低,进而可以减少散热片等辅助散热结构的体积和重量,有利于整体的小型化。


四、优化电路拓扑结构

1. 多相降压拓扑

在一些对电流要求较高的应用场景中,采用多相降压拓扑结构。它可以将电流分担到多个相位上,降低了对单个电感和电容的电流应力要求,从而可以使用体积更小的无源元件来满足稳压和滤波等功能。

2. 同步整流技术

在直流 - 直流转换的输出端,用低导通电阻的MOSFET代替传统的二极管进行整流。这样大大降低了整流过程中的功率损耗,减少了发热,允许使用更小的散热结构和更紧凑的布局。


五、扁平化设计

在结构设计上,摒弃传统的立体式布局,采用扁平化的结构设计。将元件尽量布置在一个平面上,减少在高度方向上的空间占用。例如将电感设计成平面电感,电容采用贴片式等,这样使得稳压电源可以更好地适配超薄型电子设备的内部空间要求。


随着电子设备小型化趋势的不断推进,稳压电源在体积和重量方面的创新技术也在持续发展和进步。这些技术不仅单独发挥作用,而且常常相互结合、相辅相成,共同为电子设备提供更加小巧、轻便、高效和可靠的稳压电源解决方案。


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