戶外高效可調(diào)電源——2018神燈獎(jiǎng)申報(bào)技術(shù)

項(xiàng)目名稱：  戶外高效可調(diào)電源

申報(bào)單位：  杭州重芯力科技有限公司

綜合介紹或申報(bào)理由：

產(chǎn)品由開關(guān)電源、微處理器、功率變換器、驅(qū)動(dòng)電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，負(fù)載均衡控制電路設(shè)計(jì)。通過多塊恒流電源輸出并聯(lián)方法，實(shí)現(xiàn)在線恒流電源模塊熱插拔，提高負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。產(chǎn)品具有輸出電壓可調(diào)、驅(qū)動(dòng)特性好和防水等級(jí)高等特點(diǎn)。產(chǎn)品的IP68高防護(hù)等級(jí)使產(chǎn)品可以應(yīng)用在戶外水下等眾多惡劣條件下。

主要技術(shù)參數(shù)：

防塵、防水等級(jí)：IP68（水下20m）；

耐低溫-40℃，耐高溫55℃；

能效系數(shù)≥93%；

輸入電壓：DC24~36V；

輸出電流：350mA；

電流精度：±5%；

線型調(diào)整率：±0.5%；

負(fù)載調(diào)整率：±2%；

工作溫度：-40～+70℃；

工作濕度：5～100%RH；

平均無故障時(shí)間：159000小時(shí)；

與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品或同類技術(shù)的比較情況：

項(xiàng)目產(chǎn)品通過外部密封體全包裹一體化結(jié)構(gòu)、澆鑄工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品達(dá)到IP68防塵、防水等級(jí)；通過電子線路設(shè)計(jì)和微電腦數(shù)字控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高效率、高功率因數(shù)等性能。產(chǎn)品具有適用環(huán)境范圍廣、使用壽命長(zhǎng)、高效率、高功率因數(shù)等特點(diǎn)。在功率因數(shù)采用有源功率因素矯正，平均電流CCM控制方式上具有創(chuàng)新，技術(shù)處國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

目前，開關(guān)電源市場(chǎng)廣闊，處于發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)外較多廠商在生產(chǎn)此產(chǎn)品，但是防塵、防水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到IP68水平的、高效率無風(fēng)扇的較少。

本產(chǎn)品符合IP68防護(hù)等級(jí)高效率開關(guān)電源與國(guó)外同類產(chǎn)品比較，其技術(shù)性能的先進(jìn)性主要體現(xiàn)在：

1.外觀：本公司產(chǎn)品采用全灌封，美觀可靠，同類產(chǎn)品采用灌封加外殼；

2.防護(hù)等級(jí)：本公司產(chǎn)品達(dá)到IP68，可長(zhǎng)時(shí)間浸入水中，同類產(chǎn)品為IP65，只能承受低壓噴射；

3.外部材料：本公司產(chǎn)品采用PVC外殼，漏電流低，同類產(chǎn)品采用金屬外殼，較易漏電；

4.控制方法：本公司產(chǎn)品采用程序數(shù)字控制，靈活方便，同類產(chǎn)品采用固定芯片控制，控制方法單一；

5.環(huán)境溫度：本公司產(chǎn)品在-40℃至55℃能正常工作，耐低溫，同類產(chǎn)品的工作溫度一般在-10℃至55℃，不利極低溫環(huán)境的使用。

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析：

本產(chǎn)品防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP68，用在戶外水下等眾多惡劣條件下不需要其他額外的防護(hù)設(shè)備，從而減少了使用安裝成本。本產(chǎn)品的一體化澆注工藝安裝完成后不需要維護(hù)，減少了維護(hù)成本。

技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點(diǎn)：

（1）、電子線路和程序設(shè)計(jì)

1)、效率設(shè)計(jì)
開關(guān)電源的主要趨勢(shì)為小型化和高功率密度化，而限制此趨勢(shì)的主要原因是電源的效率。小型化和高功率密度化需要提高開關(guān)管的工作頻率，從而帶來了開關(guān)管的交叉損耗，因此降低提高電源的工作頻率并且減小開關(guān)管的交叉損耗不管從能源角度還是從小型化和電源內(nèi)部器件的溫升上都非常有意義。影響開關(guān)電源的效率，主要從以下幾個(gè)方面著手：

a.開關(guān)管的導(dǎo)通損耗。開關(guān)管的導(dǎo)通損耗主要與與開關(guān)管的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)的大小有關(guān)。 

b.開關(guān)管交叉損耗。這也是限制開關(guān)電源高頻化，高密度化的重要因素，傳統(tǒng)拓?fù)涞拈_關(guān)管在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，轉(zhuǎn)變過程中，電壓與電流有交叉過程，交叉過程中的電壓電流很大。開關(guān)管消耗的能量隨著頻率變大而變大，且隨著交叉過程中的電流和電壓的幅值變化而變大。這部分損耗帶來了開關(guān)管的發(fā)熱，即使在負(fù)載很低的時(shí)候，這部分損耗也依然存在。如下圖：

（開通時(shí)，隨著G極電容被充到開啟閥值，D,S極電容開始放電，D,S極間的電壓開始下降，此時(shí)D,S極間的高阻態(tài)打破，開始導(dǎo)通電流，此電流隨著G極電壓的上升而上升。如上圖紅色方框所示，DS極的電壓電流有交叉，所以這里存在損耗。
關(guān)斷時(shí)，G極放電，放到閥值時(shí)導(dǎo)通電阻開始增大，D,S極間的電壓開始慢慢上升，此時(shí)通過管子的電流還沒下降到零，電壓電流之間存在交叉，存在損耗。）

c.輸出濾波電感的損耗，包括濾波電感的銅損和磁芯損耗

d.其他輔助線路損耗和器件損耗。
針對(duì)以上開關(guān)電源的主要損耗，我司電源除在原材料選擇上優(yōu)化外，主要優(yōu)化線路拓?fù)浜徒Y(jié)構(gòu)，利用軟開關(guān)技術(shù)，使主控開關(guān)管工作在軟開關(guān)狀態(tài)，降低開關(guān)管的交叉損耗。

下MOSFET開通時(shí)，利用電路中濾波電感續(xù)流，在MOSFET開通前，先讓MOSFET的體二極管導(dǎo)通，因?yàn)檩敵鲭娏鬏^大，此時(shí)間不能持續(xù)太長(zhǎng)，越長(zhǎng)效率越低，在體二極管導(dǎo)通期間，數(shù)控芯片馬上監(jiān)測(cè)到這樣狀態(tài)，給下MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓，讓下MOSFET導(dǎo)通，這樣就實(shí)現(xiàn)了下MOSFET零電壓開通的軟開關(guān)；上MOSFET開通前，利用諧振網(wǎng)絡(luò)使導(dǎo)通前的電流減小到零，實(shí)現(xiàn)上MOSFET的零電流開通和下MOSFET的零電流關(guān)斷，開通期間電壓電流不出現(xiàn)交叉，消除開通期間的交叉損耗。

降低二極管導(dǎo)通的損耗，特別是較大輸出功率時(shí)，二極管上消耗的功率會(huì)很大。為了降低整流線路二極管的導(dǎo)通損耗，本產(chǎn)品采用低內(nèi)阻的MOSFET來替代肖特基二極管，選擇合適的內(nèi)阻的MOSFET，讓大電流流過MOSFET時(shí)產(chǎn)生較小的導(dǎo)通壓降，在整流線路產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗會(huì)下降到一個(gè)較低的程度。利用同步控制線路控制MOSFET工作在同步整流狀態(tài)，又會(huì)減少M(fèi)OSFET的開關(guān)損耗。

(2)、開關(guān)電源一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

常規(guī)的電源是采用將外殼成型后，將焊有電子元器件的電路板固定到外殼上，然后在電路板上覆蓋硅膠進(jìn)行密封形成保護(hù)。但此種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品由于電源外殼與硅膠的熱漲冷縮系數(shù)不同，容易造成燈殼與膠產(chǎn)生脫離，并且長(zhǎng)期在高潮濕度或水里浸泡使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生膠體溶脹導(dǎo)致出現(xiàn)滲水，不能達(dá)到完全長(zhǎng)期防水而導(dǎo)致燈具失效和損壞。

本產(chǎn)品高效、高功率因數(shù)防水靜音開關(guān)電源采用外密封體全包裹一體化結(jié)構(gòu)，將帶有電子元器件的線路板通過澆鑄工藝固定在外部密封體內(nèi)，外部密封體為一種材料。密封體有進(jìn)線和出線，他們一部分密封在外部密封體內(nèi)，一部分露出外部密封體，其材料都和密封體為同種材料。

(3)、開關(guān)電源澆鑄成型工藝 

本項(xiàng)目采用的澆鑄成型工藝，將焊接好的電子元器件的線路板固定在密封體內(nèi)，采用PLC控制的全自動(dòng)高速填充、持續(xù)真空保壓、恒溫成型、對(duì)流式水冷卻、全自動(dòng)循環(huán)風(fēng)脫模的工藝流程。
填充階段采用高速填充模式，加大液態(tài)材料整體流動(dòng)性，快速填充整個(gè)模腔，以提高產(chǎn)品的成型效率。

保壓階段通過對(duì)型腔內(nèi)產(chǎn)品持續(xù)施加壓力，壓實(shí)熔體，增加封裝材料的密度(增密)，以補(bǔ)償封裝材料的收縮行為，使產(chǎn)品外觀達(dá)到要求。

恒溫成型需要保證整個(gè)型腔的溫度恒定，熔體受熱均勻，使產(chǎn)品外觀達(dá)到要求。

冷卻階段采用對(duì)流式水冷卻，使冷卻水管靠近模腔，并采用大管徑冷卻管，以保證冷卻效果均勻而迅速，以防止產(chǎn)品因殘余應(yīng)力導(dǎo)致的松弛現(xiàn)象或脫模外力所造成的翹曲及變形。  

脫模階段采用全自動(dòng)循環(huán)風(fēng)脫模的方式。使產(chǎn)品脫模時(shí)受力均勻，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，防止引起產(chǎn)品變形等缺陷。

(4)、耐高低溫設(shè)計(jì)
采用自主研發(fā)的灌封材料添加特殊的導(dǎo)熱劑，提高材料的導(dǎo)熱性能能，又得益于高效率設(shè)計(jì)使電源本身產(chǎn)生熱量較少，可滿足高溫55度環(huán)境；灌封材料添硫化劑、軟化劑、催化劑等多種助劑混合物，提高材料的導(dǎo)韌性，使電源本體不會(huì)因?yàn)榈蜏刈冇沧兇啵瑢?dǎo)致本體開裂；內(nèi)部使用精度電容，控制電路由數(shù)字芯片優(yōu)化，可防止電源由于低溫電容容值變低導(dǎo)致工作不正常的問題。
       

實(shí)際運(yùn)用案例和用戶評(píng)價(jià)意見：

如圖：
   

獲獎(jiǎng)、專利情況：

實(shí)用新型專利證書
   

申報(bào)單位介紹：

杭州重芯力科技有限公司，位于杭州市余杭區(qū)是一家專業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)與銷售電源產(chǎn)品的工廠，公司主要經(jīng)營(yíng)電子配件組裝；驅(qū)動(dòng)電源、控制系統(tǒng)、電腦配件、電子產(chǎn)品的研發(fā)；驅(qū)動(dòng)電源、電腦配件、電子產(chǎn)品。

產(chǎn)品圖片：