新型開關(guān)電源的選用及應(yīng)用
[導(dǎo)讀]根據(jù)開關(guān)電源的發(fā)展及分類，對(duì)DO／DO、AC／DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和特性作了闡述，結(jié)合國(guó)內(nèi)外開關(guān)的兩大類變換器新技術(shù)動(dòng)向進(jìn)行探討，敘述了開關(guān)電源的選擇。
1 引言
隨著電力電
根據(jù)開關(guān)電源的發(fā)展及分類，對(duì)DO／DO、AC／DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和特性作了闡述，結(jié)合國(guó)內(nèi)外開關(guān)的兩大類變換器新技術(shù)動(dòng)向進(jìn)行探討，敘述了開關(guān)電源的選擇。
1 引言
隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人的工作、生活的關(guān)系日益密切，電力電子設(shè)備都離不開可靠的電源。進(jìn)入20世紀(jì)8O年代，計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代；進(jìn)入20世紀(jì)9O年代，開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域或程控交換機(jī)、通訊、電力檢測(cè)設(shè)備，控制設(shè)備電源都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子技術(shù)控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電一般由脈沖寬度調(diào)制（pwm）控制IC和MOSFET構(gòu)成。
開關(guān)電源和線性電源相比，二者都隨著輸出率關(guān)上，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低翰出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣闊發(fā)展空間。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小犁化，拜使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用，在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。
2 開關(guān)電源的分類
人們?cè)陂_關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)。兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著。開關(guān)電源可分為AC／DC和DC／DC兩大類。DC／DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)、外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化并得到用戶的認(rèn)可；但AC／DC的模塊化，因其自身的特性，使得在模塊化的進(jìn)程中遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。
2．1 DC／DC變換
DC／DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流暫波。暫波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton（通用）；二是頻率調(diào)制方式，ton不變。改變Ts（易產(chǎn)生干擾），具體的電路有以下幾類：
（1）BUCK電路一降壓暫波器，其輸出平均電壓Vo小于輸入電壓Vt，極性相同。
?。?）BUCK電路一壓暫波器，其輸出平均電壓v0大于或小于輸入電壓，極性相同。
（3）BUCK電路一壓或升壓暫波器，其輸出平均電壓Vo大于或小于輸入電壓v0，極性相反，電感傳輸。
?。?）BUCK電路一降壓或升壓變壓器，其輸出平均電壓v0大于或小于輸入電壓U極性相反，電容傳輸。
當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC／DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國(guó)V～COR公司設(shè)計(jì)制造多種EC～軟開關(guān)DO／DO變換器，其最大輸出功率有300W、6OOW、800W等，相應(yīng)的功率密度為6、2、10、17瓦每立方厘米，效率為200300kHz，功率密度已達(dá)到27瓦每立方厘米，采用同整流器（M0SFET代替肖特基二極管），使整個(gè)電路功率提高90%。
2．2 AC／DC變換
AC／DC變換是將交流變換為直流，其功率流向是可以雙向的，功率流由電源流向，負(fù)載的稱為“整流”。功率由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC／DC變換器輸入為50／60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流濾波，因此體積相對(duì)較大的濾波電容是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如UI、CCE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC率波電及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC／DC電源體積的小型化。另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動(dòng)作，使解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求。由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使很多電源損耗增大，限制了很高的要求。由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使很多電源工作損耗增大，限制了AC／DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化方法，才能使其工作效率達(dá)到一定滿意程度。
AC／DC變換按電路的接線方式可分為半波電路和全波電路，按電源相數(shù)可分為單相、三相和多相，按電路T作象限分為一象限、二象限、三象限、四象限。
3 開關(guān)電源的選用
開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路的特點(diǎn)（多極串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢(shì)，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(dá)0．5～1%。[!--empirenews.page--]
3．1輸出電流的選擇
因開關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比。
通常輸出計(jì)算公式為：
3．2接地
開關(guān)電源比、線性電源會(huì)產(chǎn)生更多的干擾，對(duì)共膜干繞敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施。按ICEIO00、FCC等EMC限制，開關(guān)電源均采用EMC電磁兼容措施，因此開關(guān)電源一般帶有EMC電磁兼容濾器。如利華技術(shù)的HA系列開關(guān)電源將其FG端子接大地或接用戶機(jī)殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。
3．3保護(hù)電路
開關(guān)電源在設(shè)計(jì)中需具有過流過熱短路等保護(hù)功能，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保護(hù)功能齊備的電源模塊，并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。
4 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向
開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、簿的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此，國(guó)外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型智能化的元器件，特別是該變二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn．Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻和較大磁通密度（Bs）下獲得高磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
SMT技術(shù)應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布星，元器件以確保開關(guān)的輕、小、簿。開關(guān)電源的高頻化就必然對(duì)傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)。并大幅度提高了開關(guān)電源的工作效率。對(duì)于可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運(yùn)行電流和溫度等措施以減少器件的應(yīng)力，使得開關(guān)可靠性大大提高。
模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨式，可以采用模塊化電源組分布式電元源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N I亢余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)系方式的容量擴(kuò)展。而采用部分諧板轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上既可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上既可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)應(yīng)用問題，故仍需在理論上既可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量工作，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以應(yīng)用。
1 引言
隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人的工作、生活的關(guān)系日益密切，電力電子設(shè)備都離不開可靠的電源。進(jìn)入20世紀(jì)8O年代，計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代；進(jìn)入20世紀(jì)9O年代，開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域或程控交換機(jī)、通訊、電力檢測(cè)設(shè)備，控制設(shè)備電源都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子技術(shù)控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電一般由脈沖寬度調(diào)制（pwm）控制IC和MOSFET構(gòu)成。
開關(guān)電源和線性電源相比，二者都隨著輸出率關(guān)上，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低翰出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣闊發(fā)展空間。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小犁化，拜使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用，在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。
2 開關(guān)電源的分類
人們?cè)陂_關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)。兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著。開關(guān)電源可分為AC／DC和DC／DC兩大類。DC／DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)、外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化并得到用戶的認(rèn)可；但AC／DC的模塊化，因其自身的特性，使得在模塊化的進(jìn)程中遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。
2．1 DC／DC變換
DC／DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流暫波。暫波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton（通用）；二是頻率調(diào)制方式，ton不變。改變Ts（易產(chǎn)生干擾），具體的電路有以下幾類：
（1）BUCK電路一降壓暫波器，其輸出平均電壓Vo小于輸入電壓Vt，極性相同。
?。?）BUCK電路一壓暫波器，其輸出平均電壓v0大于或小于輸入電壓，極性相同。
（3）BUCK電路一壓或升壓暫波器，其輸出平均電壓Vo大于或小于輸入電壓v0，極性相反，電感傳輸。
?。?）BUCK電路一降壓或升壓變壓器，其輸出平均電壓v0大于或小于輸入電壓U極性相反，電容傳輸。
當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC／DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國(guó)V～COR公司設(shè)計(jì)制造多種EC～軟開關(guān)DO／DO變換器，其最大輸出功率有300W、6OOW、800W等，相應(yīng)的功率密度為6、2、10、17瓦每立方厘米，效率為200300kHz，功率密度已達(dá)到27瓦每立方厘米，采用同整流器（M0SFET代替肖特基二極管），使整個(gè)電路功率提高90%。
2．2 AC／DC變換
AC／DC變換是將交流變換為直流，其功率流向是可以雙向的，功率流由電源流向，負(fù)載的稱為“整流”。功率由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC／DC變換器輸入為50／60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流濾波，因此體積相對(duì)較大的濾波電容是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如UI、CCE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC率波電及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC／DC電源體積的小型化。另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動(dòng)作，使解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求。由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使很多電源損耗增大，限制了很高的要求。由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使很多電源工作損耗增大，限制了AC／DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化方法，才能使其工作效率達(dá)到一定滿意程度。
AC／DC變換按電路的接線方式可分為半波電路和全波電路，按電源相數(shù)可分為單相、三相和多相，按電路T作象限分為一象限、二象限、三象限、四象限。
3 開關(guān)電源的選用
開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路的特點(diǎn)（多極串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢(shì)，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(dá)0．5～1%。[!--empirenews.page--]
3．1輸出電流的選擇
因開關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比。
通常輸出計(jì)算公式為：
3．2接地
開關(guān)電源比、線性電源會(huì)產(chǎn)生更多的干擾，對(duì)共膜干繞敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施。按ICEIO00、FCC等EMC限制，開關(guān)電源均采用EMC電磁兼容措施，因此開關(guān)電源一般帶有EMC電磁兼容濾器。如利華技術(shù)的HA系列開關(guān)電源將其FG端子接大地或接用戶機(jī)殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。
3．3保護(hù)電路
開關(guān)電源在設(shè)計(jì)中需具有過流過熱短路等保護(hù)功能，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保護(hù)功能齊備的電源模塊，并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。
4 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向
開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、簿的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此，國(guó)外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型智能化的元器件，特別是該變二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn．Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻和較大磁通密度（Bs）下獲得高磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
SMT技術(shù)應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布星，元器件以確保開關(guān)的輕、小、簿。開關(guān)電源的高頻化就必然對(duì)傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)。并大幅度提高了開關(guān)電源的工作效率。對(duì)于可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運(yùn)行電流和溫度等措施以減少器件的應(yīng)力，使得開關(guān)可靠性大大提高。
模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨式，可以采用模塊化電源組分布式電元源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N I亢余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)系方式的容量擴(kuò)展。而采用部分諧板轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上既可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上既可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)應(yīng)用問題，故仍需在理論上既可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量工作，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以應(yīng)用。
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