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開關(guān)電源的分類及應(yīng)用
開關(guān)電源的分類及應(yīng)用
隨著電力電子技術(shù)的告訴發(fā)展,，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切,，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源,，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化,，*完成計(jì)算機(jī)的電源換代,，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子,、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī),、通訊,、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等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)代電力電子技術(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)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成,。開關(guān)電源和線性電源相比,，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng),，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上,，反而高于開關(guān)電源,，這一成本反轉(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)在不斷地創(chuàng)新,，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(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)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,，特別是在*領(lǐng)域的應(yīng)用,，推動(dòng)了*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。
二,、開關(guān)電源的分類
人們的開關(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)電源每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕,、小,、薄、低噪聲,、高可靠,、抗干擾的方向發(fā)展。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，并已得到用戶的認(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(wèn)題,。以下分別對(duì)兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述,。
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,，也稱為直流斬波,。斬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）,。其具體的電路由以下幾類：
（1）Buck電路——降壓斬波器,，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同,。
（2）Boost電路——升壓斬波器,，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同,。
（3）Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器,，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反,，電感傳輸,。
（4）Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓UI,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)VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器,，其最大輸出功率有300W,、600W、800W等,，相應(yīng)的功率密度為（6,、2、10,、17）W/cm3,，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列,，其開關(guān)頻率為（200~300）kHz,，功率密度已達(dá)到27 W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管）,，是整個(gè)電路效率提高到90%,。
2、AC/DC變換
AC/DC變換是將交流變換為直流,，其功率流向可以是雙向的,，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率流由負(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)較大的濾波電容器,，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如UL,、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC,、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(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，使得解決EMC電磁兼容問(wèn)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)使得電源工作消耗增大,，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)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度,。
AC/DC變換按電路的接線方式可分為,，半波電路、全波電路,。按電源相數(shù)可分為,，單項(xiàng)、三相,、多相,。按電路工作象限又可分為一象限、二象限,、三象限,、四象限。
三,、開關(guān)電源的選用
開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上,，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（多級(jí)串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過(guò),，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）%。開關(guān)電源模塊作為一種電力電子集成器件,，在選用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
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：
Is=K×If
式中：Is—開關(guān)電源的額定輸出電流,；If—用電設(shè)備的最大吸收電流,；K—裕量系數(shù)，一般取1.5~1.8,；
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)共模干擾敏感的用電設(shè)備,，應(yīng)采取接地和屏蔽措施,，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，形狀開關(guān)電源均采取EMC電磁兼容措施,，因此開關(guān)電源一般應(yīng)帶有EMC電磁兼容濾波器,。如利德華福技術(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、保護(hù)電路
開關(guān)電源在設(shè)計(jì)中必須具有過(guò)流,、過(guò)熱,、短路等保護(hù)功能，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保護(hù)功能齊備的開關(guān)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。
四,、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,、薄的關(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)新型高智能化的元器件,，特別是改善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，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能,，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕,、小,、薄。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的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源工作效率,。對(duì)于高可靠性指標(biāo),，美國(guó)的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過(guò)降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力,，使得產(chǎn)品的的可靠性大大提高。
模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì),，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng),，可以設(shè)計(jì)成N＋1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展,。針對(duì)開關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn),，若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù),，在理論上即可實(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(wèn)題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作,，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化,。
電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景,。要加快我國(guó)開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度,，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國(guó)特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路,，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展做出貢獻(xiàn),。