直流开关电源的新技术应用与发展

直流开关电源的新技术应用与发展摘要：随着电子技术和通信业的快速发展，高频开关电源的应用越来越广，开关频率的持续提高使开关电源的性能也得以进一步优化，集成度更高，功耗更低，电路更加简单，工作更加可靠，是开关电源发展的方向。目前，高频开关电源在我省广播电视各微波站得到了广泛的应用，基于此结合实际将传统电源与现代高频开关电源对比来介绍高频开关电源的新技术及其优点。

关键词：高频；谐振；开关；逆变

1 高频开关电源组成原理

高频开关整流器一般是先将交流电直接经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关电源变换成高频交流电，通过高频变压器变压隔离后，由快速恢复二极管高频整流、电感电容滤波后输出，见图1。

1．1 主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

(1)输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

(2)整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，并向功率因数校正电路提供稳定的直流电源。

(3)功率因数校正：位于整流滤波和逆变之间，为了消除由整流电路引起的谐波电流污染电网和减小无功损耗来提升功率因数。

(4)逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

(5)输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

1．2 控制电路

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

1．3 检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据供值班人员观察、记录。

1．4 辅助电源

提供开关整流器本身所有电路工作所需的各种不同要求的电源(交直流各种等级的电压电源)。

2 典型应用

广州基仕域(POWEC)智能型高频开关电源介绍。

2．1 QPS11／10系统的工作原理

该系统的工作原理是整流模块把交流输入变成直流输出，然后送到由汇流排并联的直流配电模块和电池熔丝模块，经配电模块内部分路开关或熔丝输出，向负载供电，同时亦对电池充电。当市电中断时，由电池向负载供电。控制模块通过RS485与告警模块及整流模块通讯。而数据测量、采集则由告警模块负责，其对象包括市电、直流配电模块、电池熔丝模块和电池等。系统工作时，控制模块监视系统的各种状态，调整其参数，自动执行预定的各项任务。系统异常时发出告警信号，经由告警模块输出并显示在控制模块上。其系统原理见图2：

2．2 组成系统各模块介绍

2．2．1 整流模块

POWEC整流模块是采用调频谐振技术，具备功率因数补偿的插入式模块化、智能化整流器，简称PMP(Powec Modular Power)。

PMP11．48SIC是一种具有功率因数补偿的插入式模块化整流器，它采用高频谐振开关技术，特别适用于电信领域。输入：205～250 V交流电±10％，输出：48 V直流，1100 W；具有输入电压范围宽，功率因数补偿，动态负载均分，可以热插拔，无须风扇散热，重量轻(3．1 kg)等优点。

2．2．2 控制模块

控制模块用于监控电源系统运行，所有信息均有清楚文字表述，引导式菜单和窗口操作，带RS232接口，简称PCU(Powec Control Unit)

PCU 10．24-48D是基于微处理器的控制单元，可以对PMP10．00 SIC整流器和PMP11．48SIC整流器组成的电源系统进行全面监控。输入：18～72 V直流。具有：可提供清晰的文本信息、引导式操作、具备电池放电测试功能、带有RS232测试功能、附加的告警接点可用于连接外部告警装置、全面各项参数设置等优点。

PCU10．24-48D是基于微处理器的告警和控制单元，可监控位于三个子机架上的最多17个：PMP10．00SIC或PMP11．48SIC模块。这种插入式模块可监控系统的市电输入、输出电压、电流和PMP模块的工作状态，同时可监视一些外部状况如配电熔丝、负载或电池的脱离继电器和电池容量测试、电池对称电压、温度等。控制菜单简单并提供操作引导，通过前面板上的按钮对系统进行操作。告警接口板(0398)上附加的告警接点可用于连接外部告警装置。

告警：直流高压告警，直流低压告警，负载／电池脱离告警，直流熔丝故障、模块故障、

市电故障、电池故障、对称告警，高温告警，过载告警。

所有告警都由LED指示并在显示屏上显示告警内容，内有4个自由公共接点向外提供告警信号。另有两路集电极开路输出用于实现低压脱离功能。

显示：2*16字符型液晶显示屏用于显示输出数据、告警、信息等。

通讯：通过个人微机上的PowCom或PAS软件和RS232串行接口对系统进行远程监控。

2．2．3 子机架

子机架是用来安装整流模块的，也可以混装控制模块，小系统中也可以内置直流配电单元电池熔丝等，依系统的构成达到最节省体积，简称PPR(Powec Pack Rack)。

PPR10．24-48D子机架用于装一个PCU10．24-48D和最多五个PMP10．10SIC 或PMP11．48SIC模块，带一块0384板。PPR10．24-48D子机架只用于装最多六个PMP10．10SIC或PMP11．48SIC模块，AC输入接头，DC输出接头，并有扁平电缆连接至附在机架上的告警信号板。子机架电路板上的电位器可以调节整流模块的输出电压，出厂时已预设好(48 V系统为53．5 V，24 V系统为26．7 V)。所以即使控制模块发生故障，也不会影响系统的输出电压。更换整流模块时，模块会自动把它的输出电压调整到相应的模块位置的预设值，模块单独插入和拔出，不会干扰整个系统的工作。

子机架可以通其电路板上的路线设置整流模块地址，多个子机架可以并联输出。系统适应性非常强，可方便配置成冗余方式和N+1方式的系统。

2．2．4 配电模块

(1)交流配电模块根据用户的需求进行配置，单相或三相交流输入，输出采用磁脱扣空气开关(MCB)，路数及容量由用户自定，简称PJU。

(2)直流配电模块分为PDU(Powec Distribution Unit)和PBDU(Powec Battery and Distribution Unit)两种，其中PBDU包含电池熔丝。一个直流配电模块最多能有24路输出。输出采用脱扣空气开关(MCB)或熔丝，输出路数和容量大小是根据用户需求进行配置并提供灵活的上出或下出线的配线方式。每个输出MCB或熔丝通过一个测量其两端压降的电路来监视。如果MCB或熔丝没有连上负载，即使处于断开状态，也不会产生告警

(3)电池熔丝模块简称PBF(Powec Battery Fuse Unit)，具有两路电池保护，每路熔丝均可监测。根据电池的状态不同；电池熔丝故障会在熔丝断开2～10分钟后被检测出来。如果熔丝没有连接电池，尽管处于断开也不会产生告警。通过熔丝起拔器很容易拔出或推入熔丝，走线方式和熔丝容量根据用户需求进行配置。

所有配电都采用模块式架构，配置非常灵活，容易满足用户的实际需要。输出电缆的连接视系统的正负不同而不同，如果系统为正，则输出正极连至MCB或熔丝，负极连至公共汇流排(直流工作地)。系统为负时，则输出负极连至MCB或熔丝，正极连至公共汇流排。2．2．5 机架

机架是用来装含有整流模块的子机架和配电模块的，简称PPC(Powec Power Supply Cabinet)，备有多种型号的挂墙式和落地式机架，能根据用户系统的容量、机房的环境选配适当的机架，以达到最佳的设计方案。

3 开关电源的发展趋

在功率电子技术的应用及基本电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。传统的相控型电源非常庞大而笨重，如果采用高频开关电源技术，其体积和重量都会大幅度下降，而且可较大地提高电能利用率、节省材料、降低成本。在电动汽车和交流传动中，更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率，从而达到近乎理想的负载匹配和驱动控制。

4 结束语

高频开关电源是一种模块化设计的可靠性和智能化程度高的电源，其体积小，功耗低，效率高，噪音低，稳压精度高，安全可靠，使用维护方便，目前已在各微波站得到广泛应用。

开关电源的发展前景

开关电源的发展前景 提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备（如移动电话，数字相机等）尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有： 一是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。 二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的"电压-振动"变换和"振动- 电压"变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。 三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量，必须设法改进电容器的性能，提高能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。 电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求：损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注，纳米结晶软磁材料也已开发应用。 高频化以后，为了提高开关电源的效率，必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。 对于低电压、大电流输出的软开关变换器，进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流SR技术，即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管，代替萧特基二极管（SBD），可降低管压降，从而提高电路效率。

分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站（如图像处理站）、大型数字电子交换系统等的电源，其优点是：可实现DC/DC变换器组件模块化；容易实现N+1功率冗余，易于扩增负载容量；可降低48V母线上的电流和电压降；容易做到热分布均匀、便于散热设计；瞬态响应好；可在线更换失效模块等。 现在分布电源系统有两种结构类型，一是两级结构，另一种是三级结构。 由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电的电子设备，电网侧（交流输入端）功率因数仅为～。采用PFC（功率因数校正）变换器，网侧功率因数可提高到～，输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染，又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相APFC国内外开发较早，技术已较成熟；三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种，但还有待继续研究发展。 一般高功率因数AC/DC开关电源，由两级拓扑组成，对于小功率AC/DC开关电源来说，采用两级拓扑结构总体效率低、成本高。 如果对输入端功率因数要求不特别高时，将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑，构成单级高功率因数AC/DC开关电源，只用一个主开关管，可使功率因数校正到以上，并使输出直流电压可调，这种拓扑结构称为单管单级即S4PFC变换器。 电压调节器模块是一类低电压、大电流输出DC-DC变换器模块，向微处理器提供电源。 现在数据处理系统的速度和效率日益提高，为降低微处理器IC的电场强度和功耗，必须降低逻辑电压，新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V，而电流

当今开关电源技术四大趋势

当今开关电源技术四大趋势 一、非隔离DC/DC技术迅速发展 近年来，非隔离DC/DC技术发展迅速。目前一套电子设备或电子系统由于负载不同，会要求电源系统提供多个电压挡级。如台式PC机就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四种电压以及待机的+5V电压，主机板上则需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。一套AC/DC中不可能给出这样多的电压输出，而大多数低压供电电流都很大，因此开发了很多非隔离的DC/DC，它们基本上可以分成两大类。一类在内部含有功率开关元件，称DC/DC转换器。另一类不含功率开关，需要外接功率MOSFET，称DC/DC 控制器。按照电路功能划分，有降压的STEP-DOWN、升压的BOOST，还有能升降压的BUCK-BOOST或SEPIC等，以及正压转成负压的INVERTOR等。其中品种最多，发展最快的还是降压的STEP-DOWN。根据输出电流的大小，分为单相、两相及多相。控制方式上以PWM为主，少部分为PFM。 在非隔离的DC/DC转换技术中，TI公司的预检测栅驱动技术采用数字技术控制同步BUCK，采用这种技术的DC/DC转换效率最高可以达到97%，其中TPS40071等是其代表产品。BOOST升压方式也出现了采用MOSFET代替二极管的同步BOOST的产品。在低压领域，增加效率的幅度很大，而且正在设法进一步消除MOSFET的体二极管的导通及反向恢复问题。 二、开关电源吹响数字化号角 目前在整个的电子模拟电路系统中，电视、音响设备、照片处理、通讯、网络等都逐步实现了数字化，而最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域了。近年来，数字电源的研究势头不减，成果也越来越多。在电源数字化方面走在前面的公司有TI和Microchip。TI公司既有DSP方面的优势，又兼并了PWM IC专业制造商UNITRODE公司，该公司已经用TMS320C28F10制成了通讯用的48V输出大功率电源模块，其中PFC和PWM 部分完全为数字式控制。现在，TI公司已经研发出了多款数字式PWM控制芯片。目前主要是UCD7000系列、UCD8000系列和UCD9000系列，它们将成为下一代数字电源的探路者。它们总体上既包括硬件部分，还要做软件编程。硬件部分包括PWM的逻辑部分、时钟、放大器环路的模数转

开关电源设计

开关直流稳压电源设计 摘要 直流稳压电源应用广泛，几乎所有电器，电力或者电子设备都毫不例外的需要稳定的直流电压（电流）供电，它是电子电路工作的“能源”和“动力”。不同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不点的电源。电子设备中的电源一般由交流电网提供，如何将交流电压（电流）变为直流电压（电流）供电又如何使直流电压（电流）稳定这是电子技术的一个基本问题。解决这个问题的方案很多，归纳起来大致可分为线性电子稳压电源和开关稳压电源两类，他们又各自可以用集成电路或分立元件构成。开关稳压电源具有效率高，输出功率大，输入电压变化范围宽，节约能耗等优点。 一、引言 基本要求 稳压电源。 1.基本要求 ①输出电压UO可调范围：12V～15V； ②最大输出电流IOmax：2A；

③U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%（IO=2A）； ④IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V）； ⑤输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； ⑥DC-DC变换器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； ⑦具有过流保护功能，动作电流IO（th）=±； 发挥部分 (1)排除短路故障后，自动恢复为正常状态； (2)过热保护； 二、方案设计与论证 开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和调频式两种。实际应用中，调宽式应用较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数为脉宽调制（PWM）型。开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开通时间和工作周期的比值，即占空比来改变输出电压，通常有三种方式：脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）和混合调制。PWM调制是指开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。因为周期恒定，滤波电路的设计比较简单，因此本次设计采用PWM调制方式实现电路设计要求。主要框架如图1所示。由变压器降压得到交流电压，再经过整流滤波电路，将交流电变成直流电，然后再经过DC-DC变换，由PWM的驱动电路去控制开关管的导通和截止，从而产生一个稳定的电压源。

直流开关电源的新技术应用与发展

直流开关电源的新技术应用与发展摘要：随着电子技术和通信业的快速发展，高频开关电源的应用越来越广，开关频率的持续提高使开关电源的性能也得以进一步优化，集成度更高，功耗更低，电路更加简单，工作更加可靠，是开关电源发展的方向。目前，高频开关电源在我省广播电视各微波站得到了广泛的应用，基于此结合实际将传统电源与现代高频开关电源对比来介绍高频开关电源的新技术及其优点。 关键词：高频；谐振；开关；逆变 1 高频开关电源组成原理 高频开关整流器一般是先将交流电直接经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关电源变换成高频交流电，通过高频变压器变压隔离后，由快速恢复二极管高频整流、电感电容滤波后输出，见图1。 1．1 主电路 从交流电网输入、直流输出的全过程，包括： (1)输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。 (2)整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，并向功率因数校正电路提供稳定的直流电源。 (3)功率因数校正：位于整流滤波和逆变之间，为了消除由整流电路引起的谐波电流污染电网和减小无功损耗来提升功率因数。 (4)逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。 (5)输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 1．2 控制电路 一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。 1．3 检测电路 除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据供值班人员观察、记录。 1．4 辅助电源

开关电源基础介绍

（開關電源設計技術） 一、 關電源的用途 開關電源體積小、重量輕、轉換效率高，因此它被廣泛應用於電腦、通信設備、控制裝置及家用電器等電子設備中； 二、 開關電源的分類 按轉換方式可分為: ①交流/直流(AC/DC) ②直流/直流(DC/DC) ③直流/交流(DC/AC) 三大類 按變換器的基本形式可分為：①單端反激式 ②單端正激式 ③推挽式 ④橋式 ⑤半橋式 三、R.C.C變換器（Ringing Choke Converter） 1.此變換器廣泛應用於50W以下的開關電源中，它不需要自激振盪電路，結構簡單，由輸入電壓與輸出電流改變頻率。 2.工作過程： 在VT1導通TON期間，變換器TR1初級從輸入側蓄積能量，在下一次VT1截止TOFF期間, 變換器初級蓄積能量釋放給輸出負載。TOFF結束時變換器初級電壓從自由振盪返回到0V,這個電壓通過基極繞組加到開關電晶體VT1的基極，因此電晶體VT1觸發導通，進入下一個工作週期。

3.電路特點： ①改變基極電位可改變其TON/TOFF時間（占空比D） ②改變占空比D可改變輸出電流和電壓 ③占空比D較大，IC(VT1集電極電流) 較小，但VCE較高； ④占空比D較小，IC(VT1集電極電流) 較大，但VCE較低； ⑤占空比 D=TON（導通時間）/ T（工作週期）； ⑥改便輸入電壓與輸出電流可改變工作頻率； ⑦電路成本低，實用於50W以下的開關電源設計。 四、單端正激式變換器 1. 工作原理： 交流輸入電壓經過線路濾波器，再通過橋式一次整流與電容平滑濾波後變為直流電壓，此直流電壓加到開關元件上變為脈衝狀的直流電壓，此直流電壓通過高頻變壓器隔離並可變換成任意大小的直流電壓，再經二極體進行二次整流與電容平滑後變為直流輸出電壓，直流輸出電壓的一部分通過比較電路與基準電壓進行比較，其誤差電壓通過通/斷時間比例控制電路，控制開關元件的通斷時間，從而調整輸出直流電壓。

开关电源设计与制作

《自动化专业综合课程设计2》 课程设计报告 题目：开关电源设计与制作 院（系）：机电与自动化学院 专业班级：自动化0803 学生姓名：程杰 学号：20081184111 指导教师：雷丹 2011年11月14日至2011年12月2日 华中科技大学武昌分校制

目录 1．开关电源简介 (2) 1.1开关电源概述 (2) 1.2开关电源的分类 (3) 1.3开关电源特点 (4) 1.4开关电源的条件 (4) 1.5开关电源发展趋势 (4) 2．课程设计目的 (5) 3．课程设计题目描述和要求 (5) 4．课程设计报告内容 (5) 4.1开关电源基本结构 (5) 4.2系统总体电路框架 (6) 4.3变换电路的选择 (6) 4.4控制方案 (7) 4.5控制器的选择 (8) 4.5.1 C8051F020的内核 (8) 4.5.2片内存储器 (8) 4.5.312位模/数转换器 (9) 4.5.4 单片机初始化程序 (9) 4.6 输出采样电路 (10) 4.6.1 信号调节电路 (10) 4.6.2 信号的采样 (11) 4.6.3 ADC 的工作方式 (11) 4.6.4 ADC的程序 (12) 4.7 显示电路 (13) 4.7.1 显示方案 (13) 4.7.2 显示程序 (14) 5．总结 (16) 参考文献 (17)

1．开关电源简介 1.1开关电源概述 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。它运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，可以满足各种对参数的要求。这些变换包括交流到直流(AC-DC，即整流)，直流到交流(DC-AC，即逆变)，交流到交流(AC-AC，即变压)，直流到直流(DC-DC)。广义地说，利用半导体功率器件作为开关，将一种电源形式转变为另一种电源形式的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源（SwitchingPower Supply)。 将一种直流电压变换成另一种固定的或可调的直流电压的过程称为DC-DC交换完成这一变幻的电路称为DC-DC转换器。根据输入电路与输出电路的关系，DC-DC 转换器可分为非隔离式DC-DC转换器和隔离式DC-DC转换器。降压型DC-DC 开关电源属于非隔离式的。降压型DC-DC转换器主电路图如1： 图1 降压型DC-DC转换器主电路 其中，功率IGBT为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定；L和C为滤波元件。驱动VT导通时，负载电压Uo=Uin，负载电流Io按指数上升；控制VT关断时，二极管VD可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。负载电流经二极管VD续流，负载电压Uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常串联L值较大的电感。至一个周期T结束，在驱动VT导通，重复上一周期过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。负载电压的平均值为：

开关电源的原理和发展趋势

Word文档可进行编辑 开关电源的原理和发展趋势 第一节高频开关电源电路原理 高频开关电源由以下几个部分组成： 一、主电路 从交流电网输入、直流输出得全过程,包括： 1、输入滤波器：其作用是将电网存在得杂波过滤,同时也阻碍本机产生得杂波反馈到公共电网. 2、整流与滤波：将电网交流电源直截了当整流为较平滑得直流电,以供下一级变换. 3、逆变：将整流后得直流电变为高

频交流电,这是高频开关电源得核心部分,频率越高,体积、重量与输出功率之比越小. 4、输出整流与滤波：依照负载需要,提供稳定可靠得直流电源. 二、操纵电路 一方面从输出端取样,经与设定标准进行比较,然后去操纵逆变器,改变其频率或脉宽,达到输出稳定,另一方面,依照测试电路提供得数据,经爱护电路鉴不,提供操纵电路对整机进行各种爱护措施. 三、检测电路 除了提供爱护电路中正在运行中各种参数外,还提供各种显示仪表数据. 四、辅助电源 提供所有单一电路得不同要求电源. 第二节开关操纵稳压原理

开关k以一定得时刻间隔重复地接通和断开,在开关k接通时,输入电源e 通过开关k和滤波电路提供给负载rl,在整个开关接通期间,电源e向负载提供能量；当开关k断开时,输入电源e便中断了能量得提供.M可见,输入电源向负载提供能量是断续得,为使负载能得到连续得能量提供,开关稳压电源必须要有一套储能装置,在开关接通时将一部份能量储存起来,在开关断开时,向负载释放.图中,由电感l、电容c2和二极管d组成得电路,就具有这种功能.电感l用以储存能量,在开关断开时,储存在电感l中得能量通过二极管d释放给负载,使负载得到连续而稳定得能量,因二极管d使负载电流连续不断,因此称为续流二极管.在ab间得电压平均值eab可用下式表示： eab=ton/t*e 式中ton为开关每次接通得时刻,t为开关通断得工作周期（即开关接通时刻ton和

常见几种开关电源工作原理及电路图

一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算， 即Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。 从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路

图二开关电源基本电路框图 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。 ２．单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。

多路输出开关电源的设计及应用原则

多路输出开关电源的设计及应用原则 引言 对现代电子系统，即便是最简单的由单片机和单一I/O接口电路所组成的电子系统来讲，其电源电压一般也要由＋5V，±15V或±12V等多路组成，而对较复杂的电子系统来讲，实际用到的电源电压就更多了。目前主要由下述诸多电压组合而成：＋3.3V，＋5V，±15V，±12V，－5 V，±9V，＋18V，＋24V、＋27V、±60V、＋135V、＋300V、－200V、＋600V、＋1800V、＋3000V、＋5000V（包括一个系统中需求多个上述相同电压供电电源）等。不同的电子系统，不仅对上述各种电压组合有严格的要求，而且对这些电源电压的诸多电特性也有较严格的要求，如电压精度，电压的负载能力（输出电流），电压的纹波和噪声，起动延迟，上升时间，恢复时间，电压过冲，断电延迟时间，跨步负载响应，跨步线性响应，交叉调整率，交叉干扰等。 2多路输出电源 对于电源应用者来讲，一般都希望其所选择的电源产品为“傻瓜型”的，即所选择的电源电压只要负载不超过电源最大值，无论系统的各路负载特性如何变化，而各路电源电压依然精确无误。仅就这一点来讲，目前绝大多数的多路输出电源是不尽人意的。为了更进一步说明多路输出电源的特性，首先从图1所示多路输出开关电源框图讲起。

从图1可以看到，真正形成闭环控制的只有主电路Vp，其它Vaux1、Vaux2等辅电路都处在失控之中。从控制理论可知，只有Vp无论输入、输出如何变动（包括电压变动，负载变动等），在闭环的反馈控制作用下都能保证相当高的精度（一般优于0.5％），也就是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样比例。对Vaux1、Vaux2而言，其精度主要依赖以下几个方面： 1）T1主变器的匝比，这里主要取决于Np1：Np2或Np1：Np3 2）辅助电路的负载情况。 3）主电路的负载情况。 注：如果以上3点设定后，输入电压的变动对辅电路的影响已经很有限了。 在以上3点中，作为一个具体的开关电源变换器，主变压器匝比已经设定，所以影响辅助电路输出电压精度最大的因素为主电路和辅电路的负载情况。在开关电源产品中，有专门的技术指标说明和规范电源的这一特性，即就是交叉负载调整率。为了更好地讲述这一问题，先将交叉负载调整率的测量和计算方法讲述如下。 2.1电源变换器多路输出交叉负载调整率测量与计算步骤 1）测试仪表及设备连接如图2所示。

开关电源研究背景历史与现状

开关电源研究背景历史与现状 1研究背景 2开关电源发展历史及现状 1研究背景 21世纪是信息化的时代，信息化的快速发展使得人们对于电子设备、产品 的依赖性越来越大，而这些电子设备、产品都离不开电源。开关电源相对于线性电源具有效率、体积、重量等方面的优势，尤其是高频开关电源正变得更轻，更小，效率更高，也更可靠，这使得高频开关电源成为了应用最广泛的电源。从开 关电源的组成来看，它主要由两部分组成：功率级和控制级。功率级的主要任务是根据不同的应用场合及要求，选择不同的拓扑结构，同时兼顾半导体元件考虑设计成本；控制级的主要任务则是根据电路电信号选择合适的控制方式，目前的开关电源以PWM控制方式居多。 2开关电源发展历史及现状 开关电源最早起源于上世纪50年代初，美国宇航局以小型化、轻量化、为 目标，为搭载火箭开发了开关电源。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术 制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。 20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电气设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展时期。 历经几十年的不断发展，现代开关电源技术有了重大的进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使中小型开关电源的工作频率达到400kHz（AC/DC）或1MHz（DC/DC）；软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减小电源的体积和重量，而且提高了电源的效率；控制技术的发展和专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正（APFC）技术的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电

开关电源基本术语

ATCA(Advanced Telecommunications Computing Architecture) 高级电信计算架构：主要为了解决电信系统目前面临的系统带宽问题、可扩展性、可管理性问题、现场升级及可互操作问题，并最终降低成本。Artesyn公司 ATC210－48D12-03J 二路（A路和B路）输入ATCA的总线变换器，输出功率达210W(12V/17.5A)，带有一个 3.3V/6W 的独立管理电源，具有I2C和热插拔等功能。 AUX(Auxiliary power supply) 辅助电源：在有些AC/DC电源和DC/DC变换器中，有一个辅助的电源，一般加上输入电压以后就会有输出 (少数辅助电源，例如，给风扇的电源也有受控的)，它主要用作控制信号的电源，例如Cosel的DBS400B12，它是一个输入200-400Vdc，输出12V/400W的模块，它有三个开关控制端，一个是输入端RC1，负逻辑，把它和-Vin端短接。这时可以利用AUX、RC2、RC3和-S之间的不同连接方法来控制模块的输出。一般多个模块并联使用时，每个AUX输出端应该加接隔离二极管。 Brick “砖”：DC/DC变换器中，“Brick”是用来表示模块大小的“单位”，有所谓的全砖、半砖、1/4砖、1/8砖、1/16砖等，例如，密封的半砖模块，其大小为2.40×2.30×0.50(单位为英寸)，而开架结构半砖模块的大小为2.40×2.28×0.30（单位为英寸）(高度还有0.34英寸等不同的数值)。 CB (Current Balance)

均流端：为了增加输出功率，把多个具有相同输出电压和输出功率的电源并联使用，把它们的“CB”端连接在一起，以达到各个模块的输出电流大致相等，以免由于不均流而导致个别电流太大的模块损坏，均流端也有用“PC”，“SWP”，“ C Share”等表示。 CFM(Cube feet minute)、LFM(Line feet minute) 立方英尺/分钟和英尺/分钟：风冷的流量单位，CFM=LFM×面积S。风速的另一个单位为米/秒。 Common Mode Noise 共模噪声：指两导体对某个基准点具有大小基本相等，方向相同的噪声，通常指交流输入L 线和N线对地的噪声，可通过共模电感和Y电容来抑制它们。 Derating 降额：当环境温度较高时(例如50℃以上)，有的电源必须要降低使用的输出功率，另外，有些电源在规定的输入电压范围的低端，不能满足所有的输出参数(例如：电压可调范围或功率)，要降额使用。 Differential Mode Noise 差模噪声：排除共模噪声后，在两条电源线之间测出的电源线对公共基准点的噪声，测试结果为两电源线的噪声分量之差，在电源系统中通常在直流输出端和直流返回端测试噪声。DIP(Dual in-line package) 双列直插封装：模块的一种封装形式。一般为小功率模块采用。例如，Artesyn公司的BXA3系列，C&D公司的NMV0505DA都是双列直插封装。

开关电源国内外研发状况及发展方向

国内外研发状况及发展方向 国内外开关电源的研发现状 自20世纪50年代，美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。近20年来，集成开关电源沿两个方向发展。第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路，美国Motorola公司、Silicon General 公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。近些年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。1994年，美国电源集成公司(Power Integrations)在世界上率先研制成功三端隔离式PWM型单片开关电源，其属于AC/DC电源变换器。之后相继推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列产品。意-法半导体公司最近也开发出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率单片电源系列产品，并得到广泛应用[1]。目前，单片开关电源已形成了几十个系列、数百种产品。单片开关电源自问世以来便显示出强大的生命力，其作为一项颇具发展前景和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍关注。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，现己成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。 与国外开关电源技术相比，国内从1977年才开始进入初步发展期，起步较晚、技术相对落后。目前国内DC/DC模块电源市场主要被国外品牌所占据，它们覆盖了大功率模块电源的大部分以及中小功率模块电源一半的市场。但是，随着国内技术的进步和生产规模的扩大，进口中小功率模块电源正在快速被国产DC/DC产品所代替。 开关电源的使用为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率提高，能耗减少，降低了电源周围环境的室温，改善了工作人员的环境。我国邮电通信部门广泛采用开关电源极大地推动了它在其它领域的广泛应用。值得指出的是，近两年来出现的电力系统直流操作电源，是针对国家投资4000亿元用于城网、农网的供电工程改造、提高输配电供电质量而推出的，它已开始采用开关电源以取代传统的相控电源。国内一些通信公司如中兴通讯等均已相继推出系列产品。目前，国内开关电源自主研发及生产厂家有300多家，形成规模的有十多家。国产开关电源已占据了相当市场，一些大公司如中兴通讯自主开发的电源系列产品已获得广泛认同，在电源市场竞争中颇具优势，并有少量开始出口。 开关电源的发展方向 目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用MOSFET的开关电源转换频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。开关电源的技术追求和发展趋势可以概括为以下四个方面。 一、小型化、薄型化、轻量化、高频化———开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可

高频开关电源设计与应用

电源网讯传统的工频交流整流电路，因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压，所以使电网的电流波形变成了尖脉冲，滤波电容越大，输入电流的脉宽就越窄，峰值越高，有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题，比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。 功率因数校正电路的目的，就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。使电源的工作特性就像一个电阻一样，而不在是容性的。 目前在功率因数校正电路中，最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。而按照输入电流的连续与否，又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式，因为控制简单，但输入电流不连续，峰值较高，所以常用在小功率场合。C CM模式则相反，输入电流连续，电流纹波小，适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式，这种模式通常采用变频率的控制方式，采集升压电感的电流过零信号，当电流过零了，才开通MO S管。这种类型的控制方式，在小功率PFC电路中非常常见。 今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。 要设计一个功率因数校正电路，首先我们要给出我们的一些设计指标，我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例： 已知参数： 交流电源的频率fac——50Hz 最低交流电压有效值Umin——85Vac 最高交流电压有效值Umax——265Vac 输出直流电压Udc——400VDC 输出功率Pout——600W 最差状况下满载效率η——92% 开关频率fs——65KHz 输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V 那么我们可以进行如下计算： 1，输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A 2，最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W 3，输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A 4，那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A 5，高频纹波电流取输入电流峰值的20%，那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A 6，那么输入电感电流最大峰值为：ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A 7，那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH 8，输出电容最小值为：Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF，实际电路中还要考虑hold up时间，所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。实际的电路中，我用了1320uF，4只330uF的并联。 有了电感量、有了输入电流，我们就可以设计升压电感了！ PFC电路的升压电感的磁芯，我们可以有多种选择：磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。这几种磁芯是各有优缺点，听我一一道来。

单片开关电源的发展及其应用

单片开关电源的发展及其应用 单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。它于90 年代中、后期相继问世后，便显示出强大的生命力，目前它成为国际上开发中、小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。由它构成的开关电源，在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，而电源效率显著提高，体积和重量则大为减小。这就为新型开关电源的推广与普及，创造了良好条件。 开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。近20 多年来，集成开关电源沿着下述两个方向不断发展。第一个方向是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化。1997 年国外首先研制成脉宽调制（PWM）控制器集成电路，美国摩托罗拉公司、硅通用公司（Silicon General）、尤尼特德公司（Unitrode）等相继推出一批PWM 芯片，典型产品有MC3520 、SG3524 、UC3842 。90 年代以来，国外又研制出开关频率达1MHz 的高速PWM 、PFM（脉冲频率调制）芯片，典型产品如UC1825 、UC1864 。第二个方向则是对中，小功率开关电源实现单片集成化。这大致分两个阶段：80 年代初意－法半导体有限公司（SGS－Thomson）率先推出L4960 系列单片开关式稳压器。该公司于90 年代又推出了L4970A 系列。其特点是将脉宽调制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中，使用时需配工频变压器与电网隔离，适于制作低压输出（5.1～40V）、大中功率（400W 以下）、大电流（1.5A～10A）、高效率（可超过90%）的开关电源。但从本质上讲，它仍属DC/DC 电源变换器。 1994 年，美国动力（Power）公司在世界上首先研制成功三端隔离式脉宽调制型单片开关电源，被人们誉为“顶级开关电源”。其第一代产品为TOPSwitch 系列，第二代产品则是1997 年问世的TOPSwitch-II 系列。该公司于1998 年又推出了高效、小功率、低价格的四端单片开关电源TinySwitch 系列。在这之后，Motorola 公司于1999 年又推出MC33370 系列五端单片开关电源，亦称高压功率开关调节器（HighVoltage Power Switching Regulator）。目前，单片开关电源已形成四大系列、近70 种型号的产品。 TOPSwitch-11 根据封装形式，TOPSwitch－II 可划分成三种类型：TOP221Y~227Y（TO-220 封装），TOP221P~224P（DIP-8 封装），TOP221G~224G（SMD-8 封装），产品分类详见表１。其中以TOP227Y 的输出功率为最大。 2.1 TOPSwitch-11 (1)TOPSWitch-II 内部包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断／自动重启动电路。它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，使用安全可靠。它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。由于采用CMOS 电路，使器件功耗显著降低。 (2)只有三个引出端：控制端C 、源极S 、漏极D，可同三端线性稳压器相媲美，能以最简方式构成无工频变压器的反激式开关电源。为完成多种控制、偏置及保护功能，C 、D 均属多功能引出端，实现了一脚多用。以控制端为例，它具有三项功能：①该端电压VC 为片内并联调整器和门驱动级提供偏压；②该端电流IC 能调节占空比；③该端还作为电源支路与自动重启动／补偿电容的连接点，通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率，并对控制回路进行补偿。

开关电源基础知识简介

1、输出纹波噪声的测量及输出电路的处理 PWM 开关电源的输出的纹波噪声与开产频率有关。其纹波噪声分为两大部分：纹波（包括开关频率的纹波和周期及随机性漂移）和噪声（开关过程中产生）。 周期及随机性漂移 在纹波与噪声的测量过程中，如果不使用正确的测量方法将无法正确地测量出真出的输出纹波噪声。下面是推荐的测量方法： 平行线测量法:输出管脚接平行线后接电容,在电容两端使用20MHz C 为瓷片电容，负载与模块之间的距离在51mm 和76mm(2in.和3in)之间。 在大多数电路中, 2、多路输出的交互调节及其应用 交互调节的优点。图中lo1路负载电流、Vo2为辅助路输出电压。由图可见，20% 100% Io2 在主路负载从20%～100%变化时，辅助路输出电压随 辅助路负载电流的变化曲线中，辅助路输出电压始终在±4%范围之内。即使在最坏的情况，即主路空载、辅助路江载，主路满载、辅助路空载时其输出电压也能保证在标称电压的±10%范围之内。由此，对于输出稳压精度要求不太高的情况下，这种不稳压的辅助输出不仅能够满足供电的条件，而且相对成本低、器件少、可靠性高。建议用户首先考虑不稳压的辅助输出的电源模块。 开关电源基础知识简介

3、容性负载能力与电源输出保护 建议用户对电源模块的阻性负载取大于10%额定负载，这样模块工作比较稳定。 电容作为电源去耦及抗干扰的手段，在现代电子线路中必不可少，本公司的电源模块考虑此因素，都有相当的容性负载能力。但由于考虑到电源的综合保护能力，尤其是输出过载保护， 容性负载能力不可能太大，否则保护特性将变差。因此用户在使用过程中负载电容总量不应 超过最大容性负载能力。 Vo 输出电流保护一般有四种方式： ●恒流式：当到达电流保护点时，输出电流随负载的 进一步的加重，略有增加，输出电压不断下降。 ●回折式：当到达电流保护点时，输出电流随负载的 的加重，输出电压不断下降，同时输出电流也不断下降。 ●恒流-截止式：当到达电流保护点时，首先是恒流式 ●精确自恢复截止式：输出电流到达保护点，电源模块输出被禁止，负载减轻电路自恢复。 在大部分电路中使用恒流式与截止式较多，比较理想的保护方式是精确自恢复截止式，或者恒流-截止式保护。其中恒流式、回折式保护本质上就是自恢复的，但输出短路时的功耗较大， 尤其是恒流式。而截止式、恒流-截止式保护的自恢复特性须加辅助复位电路来完成自恢复，其 输出过载时的功耗可以通过复位电路的周期进行调整，即调整间歇启动的时间间隔。一般电流 保护1.2~2倍标称输出电流。精确自恢复截止式电流保护点设定为标称输出电流1.2倍或1.3倍。 一般输出有过压嵌位保护。 4、负载瞬态响应 当输出的负载迅速发生变化时，输出的电压会出现 上冲或下跌。电源模块经过调整恢复原输出电压。这个 响应过程中有两个重要的指标：过冲电压（ Vo）和恢复 时间（tr）。过冲越小，恢复时间越短，系统响应速度 越快。一般在25%的标称负载阶跃变化，输出电压的 过冲为4%VO，恢复时间为500μS左右。 5、外围推荐电路 1）输出电压的调节： 本公司产品中有TRIM输出管脚的产品，可以通过电阻或电位器对输出电压进行一定范围内的调节。将电位器的中心与TRIM相连，在有+S，-S管脚的模块中，其他两端分别接+S、-S，没有相应主路的输出正负极（+S接Vo1，-S接GND上，调节电位器即可。辅路跟随主路调节。电位器阻值根据输出电压的大小选用5～20K?比较合适。一般微调范围为±10%。

电力电子技术和开关电源的发展历程

电力电子技术和开关电源的发展历程 1. 电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 1.1 整流器时代 大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 1.2 逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。 1.3 变频器时代 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT 的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。 2. 现代电力电子的应用领域 2.1 计算机高效率绿色电源 高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。 计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。 2.2 通信用高频开关电源

开关电源技术发展趋势浅谈

开关电源技术发展趋势浅谈
2009-12-3 7:45:23
开关电源是利用现代电力电子技术,采用功率半导体器件作为开关,通过控制开 关晶体管开通和关断的时间比率(占空比),调整输出电压,维持输出稳定的一种电 源.早在 20 世纪 80 年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机电源换 代,进入 90 年代开关电源已广泛应用在各种电子,电器设备,程控交换机,通讯, 电力检测设备电源和控制设备电源之中.开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控 制 IC 和 MOSFET 构成.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 加而增长,但两者增长速率各异.线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关 电源,这一点称为成本反转点.随着电力电子技术的发展和创新,使的开关电源技术 也不断的创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,从而为开关电源提供了广 阔的发展空间. 开关电源高频化使其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源更进 入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高技术产品的小型化, 轻便化.另外开关电源的发展与应用在节约能源,节约资源及保护环境方面都具有重 要的意义. 开关电源的发展方向是高频,高可靠,低耗,低噪声,抗干扰和模块化.由于开 关电源轻,小,薄的关键技术是高频化,因此国外各在开关电源制造商都致力同步开 发新型高智能化的元器件,特别是改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体 (Mn-Zn)材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)下获得高的 磁性能,而电容器的小型化也是一项关键技术.SMT 技术的应用使得开关电源取得 了长足的进展,在电路板两面布置元器件,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 开关技术进行创新, 实现 ZVS, ZCS 的软开关技术已成 为开关电源的主流技术,并大幅提高了开关电源的工作效率.对联高可靠性指标,美 国的开关电源生产商通过降低运行电流,降低结温等措施以减少器件的应力,使得产 品的可靠性大大提高. 模块化是开关电源发展的总体趋势,可以用模块化电源组成分布式电源系统,可 以设计成 N+1 冗余电源系统,并实现并联方式的容量扩展.针对开关电源运行噪声 大这一缺点,若单独追求高频化,其噪声也必将随着增大,而用部分谐振转换电路技 术,在理论上即可实现高频化又可降低噪声,但部分谐振转换技术实际应用仍存在着 技术问题,故仍需在这一领域开展大量的工作,使得多项技术得以实用化.电力电子 技术的不断创新,开关电源产业有着广阔的发展前景.要加快我国开关电源产业的发 展速度就必须走技术创新之路,走出有中国特色的产学研联合发展之路,为我国国民 经济的高速发展做出贡献.