提高电源功率密度的主要方向

　　摘要：随着电子集成化的发展，器件、设备小型化的趋势越来越明显，对电源而言也是如此。高功率密度、小型化、轻薄化、片式化一直是电源技术发展的方向。那么，电源的小型化主要由哪些因素决定呢?

　　1、工作频率

　　提高开关电源工作频率——高频功率半导体器件：工作频率的提高可以提高功率密度。在相同的指标要求下，电路工作频率提高了，需要更高频率功率管，那么在电路中就可以使用更小的输出电感和滤波电容，这也就意味着，电感和电容的体积将大大减小，因此整个电路的体积和重量都将得到改善。但是我们必须要注意到随着开关频率的不断提高，开关元件和无源元件的损耗也增加，高频寄生参数以及高频EMI等新的问题也随之产生。

　　在以往的开关电源中，变压器的体积往往占据了整个电源体积的大半部分，其实提高工作频率对减小变压器的体积是非常明显的。

　　变压器的有效体积：
        
        其中r是电流纹波率，即r=△I/IDC;f是开关频率;PO是额定输出功率。

　　可以看出磁芯的体积与开关频率f成反比，因此频率越高，磁芯就可以小，自然变压器的体积也小。一般的高频变压器可以轻易做到几百KHz的频率，对比一下相同功率下的工频变压器，你会发现体积相差之大。

　　2、采用新型变压器

　　随着工艺技术的提高，为进一步减小变压器的体积，可以采用平面变压器和压电变压器，可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。平面磁芯开发成功，可实现平面化的变压器设计。由于平面变压器要求磁芯、绕组是平面结构，所以应该采用多层PCB绕组。平面变压器的特点是高频，低造型，高度很小而工作频率很高。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究和应用的热点之一。

　　3、 模块化和集成化

　　大量的无源器件增加了电源的体积，如果我们能将这些无源器件集成在一起，不仅可以减小电源的体积也可以大大降低电源的成本，从而扩大利润。将电源系统集成在一个芯片上，就可以使电源产品更为紧凑，体积更小，同时也减小了引线长度，从而减小了寄生参数。低温共烧陶瓷(LTCC)集成技术已成为无源集成的主流技术。应用LTCC技术将电源电路中的无源器件内埋，并集成在一起，又由于在LTCC技术的基础上，可以进行三维的电路设计，从而降低电源电路的体积，同时无源器件的集成内埋，使得安装成本也相应的减少，一举两得。此外，还可以在元件选型和PCB布局上考虑，简化电路，选用小封装的元器件，进行合理紧凑的PCB Layout布局，从而进一步缩小电源的体积。