高頻開(kāi)關(guān)電源工作原理是什么?高頻開(kāi)關(guān)電源發(fā)展史介紹!

開(kāi)關(guān)電源是電源中的一種，首先開(kāi)關(guān)電源可進(jìn)行電力供應(yīng)，其次開(kāi)關(guān)電源可保證交流電輸入可變?yōu)橹绷麟娸敵觥樵鲞M(jìn)大家對(duì)開(kāi)關(guān)電源的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展、高頻開(kāi)關(guān)電源的工作原理予以介紹。如果你對(duì)開(kāi)關(guān)電源具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、高頻開(kāi)關(guān)電源發(fā)展

20世紀(jì)60年代大量應(yīng)用的線性調(diào)節(jié)器式直流穩(wěn)壓電源，由于它存在著以下諸多的缺點(diǎn)，如體積重量大，很難實(shí)現(xiàn)小型化、損耗大、效率低、輸出與輸入之間有公共端，不易實(shí)現(xiàn)隔離，只能降壓，不能升壓，很難在輸出大于5A的場(chǎng)合應(yīng)用等，已開(kāi)始被開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器式直流穩(wěn)壓電源所取代。

1964年，日本NEO雜志發(fā)表了兩篇具有指導(dǎo)性的文章：一篇為“用高頻技術(shù)使AC變DC電源小型化”;另一篇為“脈沖調(diào)制用 于電源小型化”。這兩篇文章指明了開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器式直流穩(wěn)壓電源小型化的研究方向，即一是高頻化，二是采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。經(jīng)過(guò)將近10 年的研究、開(kāi)發(fā)取得了良好的結(jié)果。

1973年，美國(guó)摩托羅拉公司發(fā)表了一篇題為“觸發(fā)起20kHz的革命”的文章，從此在世界范圍內(nèi)就掀起了高頻開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)發(fā)熱潮，并將DC/DC轉(zhuǎn)換器作為開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器用于開(kāi)關(guān)電源，使電源的功率密度由1～4 W/in3增加到40～50W/in3。首先被采用 的是Buck轉(zhuǎn)換器。

到20世紀(jì)80年代中期，Buck、Boost和Buck￣Boost轉(zhuǎn)換器也應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電源中。20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)加州理工學(xué)院研制 出一種新型開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，稱為Cuk轉(zhuǎn)換器(是以發(fā)明人S1obodan Cuk的姓來(lái)命名的)。Cuk轉(zhuǎn)換器與Buck-Boost轉(zhuǎn)換器互為對(duì)偶，也是一種升降壓 轉(zhuǎn)換器。20世紀(jì)80年代中期以后逐漸被應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電源中。

1976年，美國(guó)P.W，Clarke研制出一種有變壓器的“原邊電感式轉(zhuǎn)換器”(Primary Inductance Converter)簡(jiǎn)稱PIC，獲得專利，并且也應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電源中。

1977年，Bell實(shí)驗(yàn)室在PIC的基礎(chǔ)上，研制出有變壓器的“單端原邊電感式轉(zhuǎn)換器”(Single-Ended Primary Inductance Converter)，簡(jiǎn)稱(有變壓器的)SEPIC電路，這是一種新的DC/DC單端PWM開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，其對(duì)偶電路稱為DualSEPIC，或Zeta轉(zhuǎn)換器。

到1989年，人們將SEPIC和Zeta也應(yīng)用到了開(kāi)關(guān)電源中，使開(kāi)關(guān)電源所采用的DC/DC轉(zhuǎn)換器，增加到6種 。通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器的演化與級(jí)聯(lián)，開(kāi)關(guān)電源所采用的DC/DC轉(zhuǎn)換器已經(jīng)增加到了14種。用這14種DC/DC轉(zhuǎn)換器作為開(kāi)關(guān)電源的主要 組成部分，就可以設(shè)計(jì)出使用于不同場(chǎng)所、滿足于不同性能要求和用途的、高性能、高功率密度的各種功率的開(kāi)關(guān)電源。

二、高頻開(kāi)關(guān)電源工作原理概述

高頻開(kāi)關(guān)電源的工作原理是功率變換。

當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，電流流過(guò)電感L，在負(fù)載RL兩端產(chǎn)生輸出電壓。由于輸入電壓的極性關(guān)系，二級(jí)管VD1處于反向配置，此時(shí)L儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)S打開(kāi)時(shí)，電感L的磁場(chǎng)極性發(fā)生變化，儲(chǔ)存在L中的能量通過(guò)負(fù)載RL釋放，二極管VD1正向?qū)ǎ?fù)載兩端的電壓極性仍保持不變。二級(jí)管VD1因其在電路中的作用而被稱為續(xù)流二極管。

當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，輸入回路有電流輸入，而當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，則電流突然終止。但由于電感L和續(xù)流二級(jí)管VD1的作用，輸出電流是連續(xù)的。電感L和電容C同時(shí)還起到濾波的作用，從而使RL上的電壓更加平滑。

在實(shí)際應(yīng)用中，起到開(kāi)關(guān)使用的是開(kāi)關(guān)晶體管。同時(shí)在圖—1的電路中，輸入和輸出回路之間缺少安全隔離措施，因而一般采用高頻變壓器作為隔離器件　。

VT1是一開(kāi)關(guān)晶體管，其基極用一方波S1控制。S1為高電平時(shí)，VT1導(dǎo)通，在變壓器T的初級(jí)產(chǎn)生電源，并儲(chǔ)存了能量。由于變壓器的次級(jí)與初級(jí)同相，所有數(shù)量也傳遞到了變壓器次級(jí)。電流流過(guò)正向偏置的二級(jí)管VD2和電感L，能量傳遞給負(fù)載RL，同時(shí)電感L中儲(chǔ)存了能力。此時(shí)二極管VD1處于反向偏置。

當(dāng)S1為低電平時(shí)，VT1截止，變壓器T繞組中的電壓反向，二極管VD2截止，續(xù)流二極管VD1導(dǎo)通，存儲(chǔ)在電感L中的能量繼續(xù)傳遞給負(fù)載RL。

顯然，輸出電壓VRL=V2×Ton/T=V2×X　　其中X=Ton/T為占空比;Ton為VT1的導(dǎo)通時(shí)間，改變脈沖占空比δ，即可改變輸出電壓(或電流)。

由此可以看出，開(kāi)關(guān)電源是一種功率轉(zhuǎn)換裝置　。

以上簡(jiǎn)單介紹了高頻開(kāi)關(guān)電源的工作原理、讀者不難看出它是集功率轉(zhuǎn)移技術(shù)與脈寬調(diào)制技術(shù)于“—體的高技術(shù)產(chǎn)物，是當(dāng)代電力電子學(xué)理論發(fā)展的最新體現(xiàn)。一經(jīng)問(wèn)世，即受到廣泛關(guān)注并得到空前迅速的發(fā)展。在國(guó)際上，高頻開(kāi)關(guān)電源已在直流電源領(lǐng)域無(wú)可爭(zhēng)議地居于首要地位。在國(guó)內(nèi)，以北京浩源電源設(shè)備有限公司為代表的HY系列高頻開(kāi)關(guān)電源也異軍突起，以優(yōu)異的性能、可靠的品質(zhì)和完善的服務(wù)與各種國(guó)際名牌共舞于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的舞臺(tái)。

電網(wǎng)供電經(jīng)EMI濾波后。再經(jīng)硅橋整流和濾波電路濾波，成為直流電。這里，濾波電路只用一個(gè)電路C1代表。輔助電源將交流電通過(guò)整流濾波后，變成低壓的直流電，并給控制電路供電。功率MOS管V1和V2作為開(kāi)關(guān)元件?？刂齐娐樊a(chǎn)生一固定頻率的脈沖寬度可調(diào)的方波(PWM)。該方波控制V1和V2的導(dǎo)通與關(guān)斷。

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