此資源原本以英文撰寫。 提供此翻譯是為了便利性,所使用的方法可能包括自動化工具,且 TI 不保證其準確無誤。 請一律參閱位於 ti.com 的最新英文版本 (此為控制文件),以確認準確度。
電源設計人員工作繁忙。他們不僅需要讓功率位準不斷增長,也需要找出一種創意方法來不斷提高電源供應的效率和功率密度。在高電壓環境下,這些挑戰變得更加顯著。
要在高壓系統中實現高效率的電源轉換,需要具備對高壓元件、電氣與磁性電路建模技術的深入知識,了解功能或安全隔離的絕緣要求、電磁相容性專業知識、電源轉換器控制技術等。
簡化高壓電源設計不僅是一項艱鉅的任務,但也不是不可能的任務。
Sheng-yang Yu
System Manager
Power Design Services
本白皮書主要探討有效率的高壓電源轉換所面對的挑戰,並提供元件、拓撲與系統級創新範例,協助簡化汽車與工業應用中的電源設計。
1 透過元件創新發揮最佳寬能隙 FET 性能 | 寬能隙場效應電晶體 (FET) 為金屬氧化半導體場效電晶體 (MOSFET) 提供更高效率的替代方案,但需要像隔離式閘極驅動器和數位控制器等具專業配備的裝置,才能發揮最佳性能。 |
2 透過拓撲創新獲得最大功率密度 | 選擇正確的拓撲結構,可以大幅影響高壓電源設計的功率密度和效率。 |
3 以系統級創新實現超高效率目標 | 系統架構創新與控制系統創新,可幫助設計人員實現更高效率與功率密度。 |
隨著全球電氣化趨勢持續增強,在更高功率位準下進行有效率的能源傳輸,變成現今電力電子系統的重要考量。電阻損耗 (I2R) 是限制電源供應器提供多少電源的核心因素。為了提升系統效率,增加用於傳輸與提供電流所需的電壓,如此可減少相同功率位準所需的電流,並有助於將熱量損失降到最低。
現今在電力網路中廣泛應用的幾個高壓系統範例,包括家用 AC 配電系統、電信與伺服器電源系統、再生能源系統的 DC 微電網、能源儲存系統,以及電動車 (EV) 車載與車外充電器。舉例來說,電動車電池目前為 400 V,但逐漸趨向於 800 V,以實現更即時的電力傳輸至牽引變流器,進而提升加速性能。
雖然在較高電壓下運作可為電源轉換帶來系統效率優勢,但實現安全的人機介面、適當的電隔離和絕緣,至關重要。此外,封閉迴路系統通常需要跨隔離邊界進行訊號通訊。再加上這個拓撲選擇、磁性電路設計、電磁干擾考量、運作模式、溫度管理與佈線及控制最佳化,您也開始了解使用高壓系統時的部分重要設計挑戰。整體而言,從元件創新、拓撲創新和系統級創新這三個關鍵領域的創新,將在簡化設計的同時,提升高壓電源轉換系統的效率和密度。