電源適配器電路器件

1.電源適配器半導(dǎo)體器件

     功率半導(dǎo)體器件仍然是電力電子技術(shù)發(fā)展的龍頭,電力電子技術(shù)的進(jìn)步必須依靠不斷推  出的新型電力電子器件?

     功率場效應(yīng)管( MOSFET)由于采用單極性多子導(dǎo)電,使開關(guān)時(shí)間顯著地減小,又因其很容易達(dá)到1MHz的開關(guān)工作頻率而受到世人矚目?但是MOSFET提高器件阻斷電壓必須加寬器件的漂移區(qū),結(jié)果使器件內(nèi)阻迅速增大,通態(tài)壓降增高,通態(tài)損耗增大,所以只能應(yīng)用于中小功率產(chǎn)品?為了降低通態(tài)電阻,美國IR公司采用提高單位面積內(nèi)的原胞個(gè)數(shù)的方法?如IR公司開發(fā)的一種HEXFET場效應(yīng)管,其溝槽( Trench)原胞密度已達(dá)每平方英寸1.12億個(gè)的世界較高水平,通態(tài)電阻可達(dá)3m?自1996年以來, HEXFET通態(tài)電阻以每年50%的速度下降?IR公司還開發(fā)了一種低柵極電荷(QG)的HEXFET,使開關(guān)速度更快,同時(shí)兼顧通態(tài)電阻和柵極電荷兩者同時(shí)降低,則R×QG的下降率為每年30%?對于肖特基二極管的開發(fā),較近利用TRENCH結(jié)構(gòu),有望出現(xiàn)壓降更小的肖特基二極管,它被稱作TMBS溝槽MOS勢壘肖特基二極管,有可能在極低電源電壓應(yīng)用中與同步整流的MOSFET競爭?

      作為半導(dǎo)體器件材料的硅“統(tǒng)治”半導(dǎo)體器件已有50余年,硅性能潛力的進(jìn)一步挖掘是很難的?有關(guān)半導(dǎo)體器件材料的研究從20世紀(jì)70年代,特別是20世紀(jì)80~90年代以來,砷化(GaAs)?半導(dǎo)體金剛石?碳化硅(SiC)的研究始終在進(jìn)行著?進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后,對碳化硅的研究達(dá)到了熱點(diǎn)?實(shí)驗(yàn)表明,應(yīng)用SiC的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻僅為Si器件的1/200?如電壓較高的硅功率MOSFET導(dǎo)通壓降達(dá)3~4V,而SiC功率MOSFET導(dǎo)通壓降小于1V,關(guān)斷時(shí)間小于10ns?實(shí)驗(yàn)表明,電壓達(dá)300V的SiC肖特基二極管(另一電極用金?鈀鈦?鈷均可)的反向漏電流小于0.1mA/mm,而反向恢復(fù)時(shí)間幾乎為零。

      一段時(shí)間曾認(rèn)為砷化鎵很有希望取代硅半導(dǎo)體材料?現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)表明,碳化硅材料性能更優(yōu)越?SiC的研究所以滯后于GaAs,主要原因是SiC晶體的制造難度太大?當(dāng)溫度大于2000℃時(shí),SiC尚未熔化,但到了2400℃時(shí)SC已升華變成氣體了?現(xiàn)在是利用升華法直接從氣體狀態(tài)生長晶體?目前的問題是要進(jìn)一步改善SiC表面與金屬的接觸特性和進(jìn)一步完善SC的制造工藝,這些問題預(yù)計(jì)在5~10年內(nèi)可得到解決?當(dāng)應(yīng)用SiC制造的半導(dǎo)體器件得到廣泛應(yīng)用時(shí),對電力電子技術(shù)的影響將會是革命性的?

  2.新型電源適配器變壓器

      變壓器是電力電子產(chǎn)品或電源適配器中必不可少的部件?平面變壓器是近兩年才面世的一種全新產(chǎn)品,與常規(guī)變壓器不同,平面變壓器沒有銅導(dǎo)線,代之以單層或多層印刷電路板,因而厚度遠(yuǎn)低于常規(guī)變壓器,能夠直接制作在印刷電路板上?其突出優(yōu)點(diǎn)是:能量密度高,因而體積大大縮小,相當(dāng)于常規(guī)變壓器的20%;效率高,通常為97%~99%;工作頻率高,從50kHz到2MHz;漏,感低(小于0.2%);電磁干擾小(EMI)等。

     壓電變壓器是應(yīng)用電能一機(jī)械能一電能的一種新型變壓器,它是利用壓電陶瓷電致伸縮的正向和反向特性而制成的?兩片壓電陶瓷緊密?牢固地結(jié)合在一起,將原邊交變電壓加在一片壓電陶瓷的水平曲線上,這片壓電陶瓷將產(chǎn)生垂直方向的機(jī)械振動(dòng)而使另一片牢固結(jié)合的壓電陶瓷跟著一起作垂直振動(dòng),此時(shí)將在其水平軸線方向上產(chǎn)生電壓——次級輸出電壓?目前,這種變壓器功率還不大,適用于電壓較高而電流較小的應(yīng)用場合,如照明燈具的啟輝裝置。

  3.電源適配器超容電容器

     電源適配器超容電容器是電容器件近年來的較新產(chǎn)品?美國的麥克韋爾公司一直保持著超容電容器技術(shù)的世界地位?超容電容器采用了獨(dú)特的金屬/碳電極技術(shù)和的非水電解質(zhì),具有極大的電極表面和極小的相對距離?現(xiàn)在已開發(fā)?生產(chǎn)出多種具有廣泛適用范圍的超容電容器單元和組件,單元容量小到10F,大到2700F?超容電容器可方便地串聯(lián)組合成高壓組件或并聯(lián)組合成高能量存儲組件?超容電容器組件現(xiàn)已可提供650V的高壓。