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如何通过电源热管理来提高器件性能

发布时间:2002年10月11日 点击次数:307
来源:今日电子   作者:Broadband TelCom Power公司 James Lau
 
新一代的通信、数据通信及网络设备需要高可靠的电源,而且还要求电源比以前的电源具有更低的输出电压和更大的输出电流。这些电源要经受得住工作时产生的热量,若电源过热而失败将引起系统的破坏。

  通信设备对过热引起的失败是敏感的,由过热引起的失败在今天任务苛刻的通信网络中是特殊的问题。作为系统制造商们,在过热问题上对电源转包合同者提出了越来越多的严格要求,以保证他们的设备有可靠的性能。

  设计者面对当今电子设备提出的越来越低的电压及越来越大的电流这种真实挑战,需要电源有更好的可靠性及更小的体积,没有损失地安全运行或者价值效果更好。工业专家们在标准电源设计上的限制是慢于通信工业技术的发展的。


高功率密度及热的发生
  微处理器的工作电压已降到3.3V以下,其速度继续提高已成为一种趋势,因此,基于微处理器的设备总功率需要在持续上升。要达到高输出功率而又工作在低的电压,需要增加输出电流。

  在电流增长的同时带来了发热量的增加,使热损耗成为问题。在电源中传统变压器的铁芯中心产生了一个热点,当考虑高功率密度时,这成为一个主要的限制。

  控制产生热量的方法之一是采用产生热少量的元器件,例如采用扁平变压器(flat-transfermer)技术。用扁平变压器代替用一个铁芯多个线圈的传统变压器可以改善散热,扁平变压器是由多个铁芯加单个线圈组成。

  这个结果使开关时间更快,耦合损失更小,与此同时降低了在辅助部件上的应力。使用了这种技术,一个变换器能够提供50A之多的电流,并且不会产生很大的热量。扁平变压器的造价比标准技术制造费用少50%。

  使用扁平变换器技术设计的电源能很快地分散热量,保持很低的内部温度。还有更好的是,例如控制电路、多路输送等传统技术可以与扁平变压器技术相结合。换句话说,在传统电源中为增加性能及效率的所有标准技术都能与扁平变压器技术相结合。


未来的发展
  竞争的压力加上更复杂电源的需要,要求电源扩展能力范围提供系统级解决方案。对于基于微处理器的设备,例如通信设备的电源,需要连续地降低电压和增加电流,这对耐超量的热的要求更为苛刻,例如因特网、宽频带及无线通信工作等提出了长期可靠工作的要求。

  单独使用标准变压器设计方法的变压器不能保持跟上通信业对更低电压、更高功率密度的需要。平面变压器(Planar transformer)是另一种类型的传统变压器,也不能跟上这种发展需要。

  为提供敏感系统所需的电源,需要一个新的手段。由于有了扁平变压器技术,通信业才能继续扩展低电压、高密度的电源。采用扁平变压器适合电流设计,使设计更容易并且进一步简化,其特有的效率及可靠性,成为下一代通信设备设计的极佳选择。


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