开关电源的分类及应用

1万 · 2015-7-19 21:18

1引言

随着电力电子技术的告诉成长，电力电子装备与人们的工作、生活的关系日益紧密亲密，而电子装备都离不开靠得住的电源，进进80年月计较机电源周全实现了开关电源化，率先完成计较机的电源换代，进进90年月开关电源相继进进各类电子、电器装备领域，程控交换机、通讯、电子检测装备电源、控制装备电源等都已普遍地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速成长。开关电源是哄骗现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET组成。开关电源和线性电源相比，两者的成本都随着输出功率的增加而增加，但两者增加速度各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的成长和立异，使得开关电源技术在不竭地立异，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了普遍的成长空间。

开关电源高频化是其成长的标的目的，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进进更普遍的运用领域，非凡是在**技术领域的运用，推动了**技术产物的小型化、轻便化。另外开关电源的成长与运用在勤俭能源、勤俭资本及庇护情况方面都具有重要的意义。

2开关电源的分类

人们的开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每一年以跨越两位数字的增加率向着轻、小、薄、低噪声、高靠得住、抗干扰的标的目的成长。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两年夜类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和尺度化，并已获得用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特征使得在模块化的进程中，碰着较为复杂的技术和工艺制造问题。以下划分对两类开关电源的结构和特征作以论述。

1万 · 2015-7-19 21:18

2.1DC/DC变换

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton（通用），二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易发生干扰）。其具体的电路由以下几类：

（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输进电压Ui，极性不异。

（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压Uo年夜于输进电压Ui，极性不异。

（3）Buck-Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo年夜于或小于输进电压Ui，极性相反，电感传输。

（4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo年夜于或小于输进电压UI,极性相反，电容传输。

现今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最年夜输出功率有300W、600W、800W等，响应的功率密度为（6、2、10、17）W/cm3，效率为（80-90）。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200~300）kHz，功率密度已到达27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET取代肖特基二极管），是整个电路效率提高到90。

1万 · 2015-7-19 21:18

2.2AC/DC变换

AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可所以双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输进为50/60Hz的交流电，因必需经整流、滤波，是以体积相对较年夜的滤波电容器是必不成少的，同时因碰着平安尺度（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流输进侧必需加EMC滤波及使用合适平安尺度的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、年夜电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加年夜，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于一样的缘由，高电压、年夜电流开关使得电源工作消耗增年夜，限制了AC/DC变换器模块化的进程，是以必需采用电源系统优化设计方式才能使其工作效率到达一定的知足水平。

AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。

1万 · 2015-7-19 21:19

3开关电源的选用

开关电源在输进抗干扰性能上，由于其自身电路结构的特点（多级串联），一般的输进干扰如浪涌电压很难经由过程，在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较年夜的优势，其输出电压稳定度可达（0.5~1）。开关电源模块作为一种电力电子集成器件，在选用中应注重以下几点：

3.1输出电流的选择

因开关电源工作效率高，一般可到达80以上，故在其输出电流的选择上，应准确丈量或计较用电装备的最年夜吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，凡是输出计较公式为：

Is=KIf

式中：Is—开关电源的额定输出电流；

If—用电装备的最年夜吸收电流；

K—裕量系数，一般取1.5~1.8；

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3.2接地

开关电源比线性电源会发生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电装备，应接纳接地和屏障措施，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，外形开关电源均接纳EMC电磁兼容措施，是以开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接年夜地或接用户机壳，方能知足上述电磁兼容的要求。

3.3庇护电路

开关电源在设计中必需具有过流、过热、短路等庇护功能，故在设计时应首选庇护功能齐全的开关电源模块，而且其庇护电路的技术参数应与用电装备的工作特征相匹配，以免损坏用电装备或开关电源。

4开关电源技术的成长动向

开关电源的成长标的目的是高频、高靠得住、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的要害技术是高频化，是以国外各年夜开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，非凡是改善二次整流器件的消耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加年夜科技立异，以提高在高频率和较年夜磁通密度（Bs）下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项要害技术。SMT技术的运用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面安插元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行立异，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并年夜幅提高了开关电源工作效率。对于高靠得住性指标，美国的开关电源生产商经由过程下降运行电流，下降结温等措施以削减器件的应力，使得产物的的靠得住性年夜年夜提高。

1万 · 2015-7-19 21:19

模块化是开关电源成长的整体趋向，可以采用模块化电源组成份布式电源系统，可以设计成N＋1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩大。针对开关电源运行噪声年夜这一错误谬误，若零丁追求高频化其噪声也势必随着增年夜，而采用部门谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可下降噪声，但部门谐振转换技术的现实运用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域展开年夜量的工作，以使得该项技术得以实用化。

电力电子技术的不竭立异，使开关电源工业有着广漠的成长前景。要加速我国开关电源工业的成长速度，就必需走技术立异之路，走出有中国特点的产学研联合成长之路，为我国国平易近经济的高速成长做出进献。

开关电源的分类及应用

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