電源適配器電路集成和系統(tǒng)集成及封裝工藝

        電源適配器的發(fā)展方向是模塊化?集成化和智能化?近幾年來具有各種控制功能的專用芯片發(fā)展很迅速,如功率因數(shù)校正(PFC)電路用的控制芯片,軟開關(guān)控制用的ZVS?ZCS芯片移相全橋用的控制芯片,ZVT?ZCT?PWM專用控制芯片,并聯(lián)均流控制芯片以及電流反饋控制芯片等?功率半導(dǎo)體器件則有功率集成電路( Power IC)和IPM?

        IPM以IGBT作為功率 開關(guān),將控制?驅(qū)動(dòng)?保護(hù)?檢測(cè)電路一起封裝在一個(gè)模塊內(nèi)?由于外部接線?焊點(diǎn)減少,可靠性顯著提高?集成化?模塊化使電源產(chǎn)品體積更小?可靠性更高,給應(yīng)用帶來極大方便?

         電路集成的進(jìn)一步發(fā)展方向是系統(tǒng)集成?如現(xiàn)在的逆變器是將200~300個(gè)零件裝配在一起成為一個(gè)系統(tǒng)?這種做法要花很多時(shí)間和人力,成本也高,難于做得體積很小?美國V1COR公司生產(chǎn)的第一代電源模塊受生產(chǎn)技術(shù)?功率?磁元件體積以及封裝技術(shù)的限制,功率密度始終未能超過每立方英寸80瓦?

        近年來推出的第二代電源模塊,內(nèi)部結(jié)構(gòu)也改為模塊式,達(dá)到高度集成化和全面電腦化,功率密度已經(jīng)達(dá)到了每立方英寸120瓦?電源模塊內(nèi)含元件只有第一代產(chǎn)品的1/3,由115個(gè)減為35個(gè)?第二代電源模塊的控制電路只含兩個(gè)元件,被稱作“大腦”( Brain)?“大腦”是兩片厚膜電路,由VICO)R公司自行開發(fā)生產(chǎn),其總體積只有0.lin3,取代了第一代產(chǎn)品中的約100個(gè)控制元件,體積縮小了60%?第二代產(chǎn)品的另一個(gè)突破是變壓器的改良,采用屏蔽式結(jié)構(gòu)和鍍銅磁芯,把初級(jí)和次級(jí)線圈分置左?右兩邊,溫升很低?寄生電容和共模噪聲也很低?

        電源適配器變壓器處理功率的密度達(dá)到了每立方英寸100瓦,溫升只有3℃?第二代產(chǎn)品功率器件的管芯直接焊接在基板上以取代第一代TO)200封裝,可以提高散熱效率,降低寄生電感?電容和熱阻?第二代產(chǎn)品的集成度顯然提高了,但還不是系統(tǒng)集成?李澤元教授領(lǐng)導(dǎo)的美國電力電子系統(tǒng)中心( Center of Power Electronics Systems,縮寫為CPES)已經(jīng)提出了系統(tǒng)集成的設(shè)想?

     信息傳輸?控制與功率半導(dǎo)體器件全部集成在一起,組成的元件之間不用導(dǎo)線連接以增加可靠性;采用三維空間熱耗散的方法來改善散熱,有可能將功率從低功率(幾百瓦至上千瓦)做到高功率(幾十千瓦以上)?系統(tǒng)集成的結(jié)果,可以改變現(xiàn)在的半自動(dòng)化?半人工的組裝工藝而達(dá)到完全自動(dòng)化生產(chǎn),因而可以降低成本,有利于推廣?英特爾的微處理器的發(fā)展趨勢(shì)是速度更快,電壓更低,而需要的電流容量一直在增加?

     20世紀(jì)末英特爾微處理器的工作電壓是2~3V,電流為10A,操作頻率是300MH1z?而兩年后它的工作電壓降到1V,電流為30~50A,操作頻率為1GH1z?現(xiàn)在的做法是把電源適配器緊靠在微處理器上,電源適配器以很快的速度提供電流給微處理器,這樣尚能滿足現(xiàn)有微處理器的要求?但將來微處理器工作電壓降低?電流增加?速度加快的時(shí)候,現(xiàn)有的解決方法將無法達(dá)到它的要求?

      為此,李澤元教授就提出要徹底解決問題,必須將電源適配器與微處理器結(jié)合在一起?今天英特爾公司大部分人接受了這一想法并在積極促成此事?提出的構(gòu)想是:電源適配器緊密結(jié)合在微處理器主機(jī)板下面?這樣電源適配器的大小必須與微處理器相當(dāng),而現(xiàn)在的電源適配器要比微處理器大幾十倍?如何減小體積?這又面臨新的挑戰(zhàn)!