传统开关电源的工作频率一般在1mhz左右或更低。但是为了把电源电路塞进越来越小的体积,新的设计正在把频率推得更高。
这一趋势可以在麻省理工学院电力电子研究小组.那里的研究人员正在研究速度在30 MHz到300 MHz之间切换的电源。为此,电源依赖于一种特殊的设计,它超越了传统的升压转换器、降压转换器和降压-升压转换器的拓扑结构。
例如,由电力电子研究小组负责人David Perreault组织的一个小组正在研究一种原型LED灯驱动器,它可以在足够高的频率下使用陶瓷电容器来储能,而不是电解设备。Perreault说,原型LED驱动器的功率因数超过了0.7,这是美国环保署能源之星计划推荐的LED驱动器的功率因数。Perreault说,该驱动器的功率密度是目前商用系统的5到10倍。
麻省理工学院开发的电源转换技术也被商业化,据称是世界上最小的笔记本电脑电源适配器。该设备来自麻省理工学院的子公司FINsix。据说今年秋天发货,FINsix的65瓦Dart适配器只有2盎司重,看起来有点像一个超大的电源插头。
麻省理工学院研究人员用于设计VHF频率电源的技术,从该小组最近获得的专利中变得更加清晰。一个这样的电路包括耦合到磁转换器(或调节)级的可重构开关电容器转换级。专利中描述的dc-dc转换器可用于为便携式电池供电应用中的逻辑设备供电,例如,或为具有动态电压缩放的数字电路供电,或通常需要宽输出电压范围的地方。
该专利指出,传统的功率转换器通常必须采用额定电压与输入电压大致相同的半导体开关。这些相对高压的阻塞器件本质上比低压器件慢,并且具有更高的导通电阻或大的栅极电容。两者都会降低整体效率。通过在更高频率下工作,该组的设计避免了这些困难。
他们的功率转换电路的第一级包括一个可重构的开关电容网络,产生一个比输入电压小得多的中间电压,其变化范围(比)比输入电压小得多。基本上,开关允许网络中的电容器从输入端充电,然后切换电容器,使它们放电到下一阶段,称为调节阶段。调节级的电压大大低于开关电容电路的输入电压,因此可以使用快速、低击穿的半导体开关。使辅助变换器的表观输入电阻高于开关电容的ESR和开关电阻,可以使电路恢复大部分的电容充电能量。
转换阶段和调节阶段各包括两个或多个开关。所述调节阶段的开关被选择在高于所述变换阶段开关的开关频率的开关频率下工作。设计人员说,这种想法提高了转换器的效率、功率密度和控制带宽。在给定的开关频率下,这种开关电容变换器的功率密度可以大大高于磁变换器。
整个电路可以在CMOS芯片上配置带有分立或集成存储元件的CMOS开关。
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