电源适配器电路集成和系统集成及封装工艺

        电源适配器的发展方向是模块化､集成化和智能化｡近几年来具有各种控制功能的专用芯片发展很迅速,如功率因数校正(PFC)电路用的控制芯片,软开关控制用的ZVS､ZCS芯片移相全桥用的控制芯片,ZVT､ZCT､PWM专用控制芯片,并联均流控制芯片以及电流反馈控制芯片等｡功率半导体器件则有功率集成电路( Power IC)和IPM｡

        IPM以IGBT作为功率 开关,将控制､驱动､保护､检测电路一起封装在一个模块内｡由于外部接线､焊点减少,可靠性显著提高｡集成化､模块化使电源产品体积更小､可靠性更高,给应用带来极大方便｡

         电路集成的进一步发展方向是系统集成｡如现在的逆变器是将200~300个零件装配在一起成为一个系统｡这种做法要花很多时间和人力,成本也高,难于做得体积很小｡美国V1COR公司生产的第一代电源模块受生产技术､功率､磁元件体积以及封装技术的限制,功率密度始终未能超过每立方英寸80瓦｡

        近年来推出的第二代电源模块,内部结构也改为模块式,达到高度集成化和全面电脑化,功率密度已经达到了每立方英寸120瓦｡电源模块内含元件只有第一代产品的1/3,由115个减为35个｡第二代电源模块的控制电路只含两个元件,被称作“大脑”( Brain)｡“大脑”是两片厚膜电路,由VICO)R公司自行开发生产,其总体积只有0.lin3,取代了第一代产品中的约100个控制元件,体积缩小了60%｡第二代产品的另一个突破是变压器的改良,采用屏蔽式结构和镀铜磁芯,把初级和次级线圈分置左､右两边,温升很低｡寄生电容和共模噪声也很低｡

        电源适配器变压器处理功率的密度达到了每立方英寸100瓦,温升只有3℃｡第二代产品功率器件的管芯直接焊接在基板上以取代第一代TO)200封装,可以提高散热效率,降低寄生电感､电容和热阻｡第二代产品的集成度显然提高了,但还不是系统集成｡李泽元教授领导的美国电力电子系统中心( Center of Power Electronics Systems,缩写为CPES)已经提出了系统集成的设想｡

     信息传输､控制与功率半导体器件全部集成在一起,组成的元件之间不用导线连接以增加可靠性;采用三维空间热耗散的方法来改善散热,有可能将功率从低功率(几百瓦至上千瓦)做到高功率(几十千瓦以上)｡系统集成的结果,可以改变现在的半自动化､半人工的组装工艺而达到完全自动化生产,因而可以降低成本,有利于推广｡英特尔的微处理器的发展趋势是速度更快,电压更低,而需要的电流容量一直在增加｡

     20世纪末英特尔微处理器的工作电压是2~3V,电流为10A,操作频率是300MH1z｡而两年后它的工作电压降到1V,电流为30~50A,操作频率为1GH1z｡现在的做法是把电源适配器紧靠在微处理器上,电源适配器以很快的速度提供电流给微处理器,这样尚能满足现有微处理器的要求｡但将来微处理器工作电压降低､电流增加､速度加快的时候,现有的解决方法将无法达到它的要求｡

      为此,李泽元教授就提出要彻底解决问题,必须将电源适配器与微处理器结合在一起｡今天英特尔公司大部分人接受了这一想法并在积极促成此事｡提出的构想是:电源适配器紧密结合在微处理器主机板下面｡这样电源适配器的大小必须与微处理器相当,而现在的电源适配器要比微处理器大几十倍｡如何减小体积?这又面临新的挑战!