[实录]范姜志弘:我为什么要投入电源行业
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更新于2007-09-29 08:37:03

大家好,我是范姜志弘。刚才大家听了一些关于小功率的应用,现在我来介绍高功率应用。我首先回答王瑞兴的问题,讲一下我为什么会进入这一行。那是因为当年我觉得家里的电器都是要用电的,如果进入电源这一行,那么将来可能就不需要总是学习新的知识,只要学个一招半式就能过一辈子了。这是当时最简单的考虑,可是没想到这个产业一直在随着电子产业在发展,每年都还是要学习很多新的知识,当然这也使我的工作不那么容易被取代,我想这也是一个好处吧。

全球能源的消耗情况,这个图是几年前的图,现在数据有了一些变化。通过功率电子产品转化的电能比例越来越大,从1997 年的40% 上升至 2010 年的 80%。比如现在的白炽灯是没有通过功率电子转化的,可是如果换成节能灯,里面就会有一个电源管理电路在里面,以后再演化可能是使用LED做为照明,其中也需要功率电子在其中进行转化。因此在未来几年,其中照明和信息科技(电脑)所占的比例会缩小。而马达控制,运动装置的比例可能会增加。

今天我讲的主题就是关于电机控制和高功率转换这两方面。

先看一下,这是一个美国家庭所使用的电器。根据美国能源部统计,一般家电耗电占总能耗的20%。其中电机是能耗的主要来源。其中除了空调,洗衣机,冰箱等不可缺的设备外,还有除湿机,干燥机,吸尘器,电风扇等。家庭中有很多设备都用到电机。电机的种类也越来越多。老的感应电机,使用简单,但是效率低,最新的稀土永磁电机效率有了提高,但是控制比较复杂。

由于家电的驱动效率低,每年的浪费已经达到93亿美元,随着电价的上涨,将来会超过100亿美元。而如果单单把感应电机换成永磁电机,那么效率就能提高5%,如果同变频技术结合起来,那么更可节省高达60%的电能。现在遇到的问题是:控制方式复杂,厂家的良品率不佳,制造和维修成本就无法降低,工程师也需要学习新的技术来简化系统。这都阻碍了新技术的使用,所以我们需要:

更低的制造成本
更低的服务成本
很快的采纳速度
更短的设计周期

以前,感应电机被广泛使用在空调等设备中,现在使用高压直流无刷电机取代感应电机,其效率可提高40%,噪声和振动减小,功率密度大,体积、重量小。而这样的系统需要更多的控制器件,而变得庞大。现在,我们将驱动和控制部分集成在一起,而放入电机中。空调厂商不再需要设计这部分电路,只要购买电机即可使用。以前我们使用SoC,发现效果并不好。现在我们研制出专门的控制芯片,然后再同功率器件进行更高的集成,从而简化了外部设计。

energy star 和 80 Plus都是现在的节能标准,energy star核心的内容就是要降低待机功耗。现代家庭很多电器都是使用遥控器,按下开关后这些机器并不是不带电了,如果我们能降低待机功耗,那么也不是一个小数目。80 Plus等标准都是针对台式电脑,很多组织都在推动提高电脑的电源效率。The green grid是一个新成立的组织,他们的目标是提升全球数据中心的能效性能。
像Ebay,google,百度等都是数据中心,他们的sever中的cpu,内存的能耗只占30%左右,其它部分使用在如电源和冷却上,电源部分会占到能耗的30%,冷却会占到能耗的40%。随着时间的推移,大家发现cooling所占的费用最高,数据中心最大的费用是电费。所以现在,大家在制定新的标准,使用直流电来减少AC/DC,DC/AC转换的次数,提高效率。

目前我们在开关电源的设计中有几个明显的主题:

第一、功率密度,在同样的功率下使用更小的封装。更高的功率密度,减小体积。在设计上需要提高开关频率,更多软开关拓扑减少散热。
第二、效率。在最大负载和部分负载下都必需保持高效率,后者是系统的典型使用模式。待机功率至关重要,因为消费电器大部分时间都处于待机状态
第三、易于使用 (设计、制造)。更精密及更高的集成度。由于功率密度变大,元件数目减少,这对于提高生产良率,增强可靠性至为关键。容易使用的产品,更受欢迎。

在提升开关电源效率的方面:

先进的软开关拓朴
– 降低功率器件的开关损耗
轻负载功耗控制
_ 多相/相位散布控制 (相间)
_ 跳周期/突发模式控制/PFM
同步整流
-进一步降低输出整流器传导损耗
半导体器件/封装
  _ 先进的硅工艺开关元件同时减低传导损耗与开关损耗.
_ 低反向恢复电荷
  _ 尖端的硅工艺可减少静态电流,并可装设更精密的控制
_ 先进封装可减少互连寄生与相关损耗,提供更好的热性能

无源元件技术 –减少传感器、电容等的功耗。

下面介绍一些我们公司后欢迎的集成产品:

1、国内70%的厂家使用过的一个集成模块,包括驱动电路等,其中集成了20多个元件,大大减少了外围电路的设计。
2、现在的平板电视使用的驱动电路,内置了控制,保护,驱动电路。可以取代数十个器件,满足了平板电视轻薄的要求。
3、这个是几KW的高功率集成,其中包括了一些无源器件,PFC/PWM控制等,减少了寄生电感。

文章出处:EEFOCUS



 
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