新型開關電源的選用及應用分析

根據(jù)開關電源的發(fā)展及分類，對DO／DO、AC／DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)和特性作了闡述，結(jié)合國內(nèi)外開關的兩大類變換器新技術動向進行探討，敘述了開關電源的選擇。
    
    
    
    1 引言
    
    　　隨著電力電子技術的高速發(fā)展，電力電子設備與人的工作、生活的關系日益密切，電力電子設備都離不開可靠的電源。進入20世紀8O年代，計算機電源全面實現(xiàn)了開關電源化，率先完成計算機的電源換代；進入20世紀9O年代，開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域或程控交換機、通訊、電力檢測設備，控制設備電源都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發(fā)展。開關電源是利用現(xiàn)代電子技術控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電一般由脈沖寬度調(diào)制（pwm）控制IC和MOSFET構(gòu)成。
    
    　　開關電源和線性電源相比，二者都隨著輸出率關上，反而高于開關電源，這一點稱為成本反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新，成本反轉(zhuǎn)點日益向低翰出電力端移動，這為開關電源提供了廣闊發(fā)展空間。開關電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小犁化，拜使開關電源進入更廣泛的應用領域。特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用，在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。
    
    2 開關電源的分類
    
    　　人們在開關電源技術領域是邊開發(fā)相關電力電子器件，邊開發(fā)開關變頻技術。兩者相互促進推動著。開關電源可分為AC／DC和DC／DC兩大類。DC／DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設計技術及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)、外均已成熟和標準化并得到用戶的認可；但AC／DC的模塊化，因其自身的特性，使得在模塊化的進程中遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。
    
    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：
    
    　?。?）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。
    
    　?。?）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。
    
    　　（4）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。
    
    　　當今軟開關技術使得DC／DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國V～COR公司設計制造多種EC～軟開關DO／DO變換器，其最大輸出功率有300W、6OOW、800W等，相應的功率密度為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，負載的稱為“整流”。功率由負載返回電源的稱為“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，因此體積相對較大的濾波電容是必不可少的，同時因遇到安全標準（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準的元件，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、大電流開關動作，使解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設計提出了很高的要求。由于同樣的原因，高電壓、大電流開關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、大電流開關使很多電源工作損耗增大，限制了AC／DC變換器模塊化的進程，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 開關電源的選用
    
    　　開關電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路的特點（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)定度這一技術指標上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達0．5～1%。[!--empirenews.page--]
  3．1輸出電流的選擇
    
    　　因開關電源工作效率高，一般可達到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流，以使被選用的開關電源具有高的性能價格比。
    
    通常輸出計算公式為：
    
    
    
    3．2接地
    
    　　開關電源比、線性電源會產(chǎn)生更多的干擾，對共膜干繞敏感的用電設備，應采取接地和屏蔽措施。按ICEIO00、FCC等EMC限制，開關電源均采用EMC電磁兼容措施，因此開關電源一般帶有EMC電磁兼容濾器。如利華技術的HA系列開關電源將其FG端子接大地或接用戶機殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。
    
    3．3保護電路
    
    　　開關電源在設計中需具有過流過熱短路等保護功能，故在設計時應首先保護功能齊備的電源模塊，并且其保護電路的技術參數(shù)應與用電設備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設備或開關電源。
    
    4 開關電源技術的發(fā)展動向
    
    　　開關電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、簿的關鍵技術是高頻化，因此，國外各大開關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關鍵技術。
    
    　　SMT技術應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布星，元器件以確保開關的輕、小、簿。開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關技術進行創(chuàng)新。實現(xiàn)ZVS、ZCS的開關技術已成為開關電源的主流技術。并大幅度提高了開關電源的工作效率。對于可靠性指標，美國的開關電源生產(chǎn)商通過降低運行電流和溫度等措施以減少器件的應力，使得開關可靠性大大提高。
    
    　　模塊化是開關電源發(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)，可以設計成N I亢余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)聯(lián)系方式的容量擴展。而采用部分諧板轉(zhuǎn)換電路技術，在理論上既可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術，在理論上既可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術的實際應用仍存在著技術應用問題，故仍需在理論上既可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術的實際應用仍存在著技術問題，故仍需在這一領域開展大量工作，以使得該項技術得以應用。