电源适配器电路器件

2020-08-27 作者:ren_2008 分享

1. 半导体器件

电源适配器半导体器件

     功率半导体器件仍然是电力电子技术发展的龙头,电力电子技术的进步必须依靠不断推  出的新型电力电子器件。

     功率场效应管( MOSFET)由于采用单极性多子导电,使开关时间显著地减小,又因其很容易达到1MHz的开关工作频率而受到世人瞩目。但是MOSFET提高器件阻断电压必须加宽器件的漂移区,结果使器件内阻迅速增大,通态压降增高,通态损耗增大,所以只能应用于中小功率产品。为了降低通态电阻,美国IR公司采用提高单位面积内的原胞个数的方法。如IR公司开发的一种HEXFET场效应管,其沟槽( Trench)原胞密度已达每平方英寸1.12亿个的世界最高水平,通态电阻可达3m。自1996年以来, HEXFET通态电阻以每年50%的速度下降。IR公司还开发了一种低栅极电荷(QG)的HEXFET,使开关速度更快,同时兼顾通态电阻和栅极电荷两者同时降低,则R×QG的下降率为每年30%。对于肖特基二极管的开发,最近利用TRENCH结构,有望出现压降更小的肖特基二极管,它被称作TMBS沟槽MOS势垒肖特基二极管,有可能在极低电源电压应用中与同步整流的MOSFET竞争。

      作为半导体器件材料的硅“统治”半导体器件已有50余年,硅性能潜力的进一步挖掘是很难的。有关半导体器件材料的研究从20世纪70年代,特别是20世纪80~90年代以来,砷化(GaAs)、半导体金刚石、碳化硅(SiC)的研究始终在进行着。进入20世纪90年代以后,对碳化硅的研究达到了热点。实验表明,应用SiC的半导体器件的导通电阻仅为Si器件的1/200。如电压较高的硅功率MOSFET导通压降达3~4V,而SiC功率MOSFET导通压降小于1V,关断时间小于10ns。实验表明,电压达300V的SiC肖特基二极管(另一电极用金、钯钛、钴均可)的反向漏电流小于0.1mA/mm,而反向恢复时间几乎为零。

      一段时间曾认为砷化镓很有希望取代硅半导体材料。现在实验表明,碳化硅材料性能更优越。SiC的研究所以滞后于GaAs,主要原因是SiC晶体的制造难度太大。当温度大于2000℃时,SiC尚未熔化,但到了2400℃时SC已升华变成气体了。现在是利用升华法直接从气体状态生长晶体。目前的问题是要进一步改善SiC表面与金属的接触特性和进一步完善SC的制造工艺,这些问题预计在5~10年内可得到解决。当应用SiC制造的半导体器件得到广泛应用时,对电力电子技术的影响将会是革命性的。

  2.新型电源适配器变压器

      变压器是电力电子产品或电源适配器中必不可少的部件。平面变压器是近两年才面世的一种全新产品,与常规变压器不同,平面变压器没有铜导线,代之以单层或多层印刷电路板,因而厚度远低于常规变压器,能够直接制作在印刷电路板上。其突出优点是:能量密度高,因而体积大大缩小,相当于常规变压器的20%;效率高,通常为97%~99%;工作频率高,从50kHz到2MHz;漏,感低(小于0.2%);电磁干扰小(EMI)等。

     压电变压器是应用电能一机械能一电能的一种新型变压器,它是利用压电陶瓷电致伸缩的正向和反向特性而制成的。两片压电陶瓷紧密、牢固地结合在一起,将原边交变电压加在一片压电陶瓷的水平曲线上,这片压电陶瓷将产生垂直方向的机械振动而使另一片牢固结合的压电陶瓷跟着一起作垂直振动,此时将在其水平轴线方向上产生电压——次级输出电压。目前,这种变压器功率还不大,适用于电压较高而电流较小的应用场合,如照明灯具的启辉装置。

  3.电源适配器超容电容器

     电源适配器超容电容器是电容器件近年来的最新产品。美国的麦克韦尔公司一直保持着超容电容器技术的世界领先地位。超容电容器采用了独特的金属/碳电极技术和先进的非水电解质,具有极大的电极表面和极小的相对距离。现在已开发、生产出多种具有广泛适用范围的超容电容器单元和组件,单元容量小到10F,大到2700F。超容电容器可方便地串联组合成高压组件或并联组合成高能量存储组件。超容电容器组件现已可提供650V的高压。


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