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開關電源概念及分類

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摘要:開關電源概念及分類
概念

開關電源是利用現代電力電子技術,控製開關管開通和關斷的時間比率,維持不亂輸出電壓的一種電源,開關電源一般由脈衝寬度調製(PWM)控製IC和MOSFET構成。開關電源和線性電源比擬,二者的本錢都跟著輸出功率的增加而增長,但二者增長速率各異。線性電源本錢在某一輸出功率點上,反而高於開關電源,這一點稱為本錢反轉點。跟著電力電子技術的發展和立異,使得開關電源技術也在不斷地立異,這一本錢反轉點日益向低輸出電力端移動,這為開關電源提供了廣闊的發展空間。

開關電源高頻化是其發展的方向,高頻化使開關電源小型化,並

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,推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發展與應用在節約能源、節約資源及保護環境方麵都具有重要的意義。開關電源中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET。SCR在開關電源輸入整流電路及軟啟動電路中有少量應用,GTR驅動難題,開關頻率低,逐漸被IGBT和MOSFET取代。

三個前提

1、開關:電力電子器件工作在開關狀態而不是線性狀態

2、高頻:電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻

3、直流:開關電源輸出的是直流而不是交流

開關電源的分類:

人們在開關電源技術領域是邊開發相關電力電子器件,邊開發開關變頻技術,兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗幹擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類,DC/DC變換器現已實現模塊化,且設計技術及出產工藝在海內外均已成熟和尺度化,並已得到用戶的認可,但AC/DC的模塊化,因其自身的特性使得在模塊化的進程中,碰到較為複雜的技術和工藝製造題目。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。

接地

開關電源比線性電源會產生更多的幹擾,對共模幹擾敏感的用電設備,應采取接地和屏蔽措施,按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限製,開關電源均采取EMC電磁兼容措施,因此開關電源一般應帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術的HA係列開關電源,將其FG端子接大地或接用戶機殼,方能知足上述電磁兼容的要求。

保護電路

開關電源在設計中必需具有過流、過熱、短路等保護功能,故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊,並且其保護電路的技術參數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。

發展動向

開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗幹擾和模塊化。因為開關電源輕、小、薄的樞紐技術是高頻化,因此國外各大開關電源製造商都致力於同步開發新型高智能化的元器件,特別是改善二次整流器件的損耗,並在功率鐵氧體(Mn?Zn)材料上加大科技立異,以進步在高頻率和較大磁通密度(Bs)下獲得高的磁機能,而電容器的小型化也是一項樞紐技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展,在電路板兩麵布置元器件,以確保開關電源的輕、小、薄。

開關電源的高頻化就必定對傳統的PWM開關技術進行立異,實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術,並大幅進步了開關電源的工作效率。對於高可靠性指標,美國的開關電源出產商通過降低運行電流,降低結溫等措施以減少器件的應力,使得產品的可靠性大大進步。

模塊化是開關電源發展的總體趨勢,可以采用模塊化電源組成分布式電源係統,可以設計成N+1冗餘電源係統,並實現並聯方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點,若單獨追求高頻化其噪聲也必將跟著增大,而采用部門諧振轉換電路技術,在理論上即可實現高頻化又可降低噪聲,但部門諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術題目,故仍需在這一領域開展大量的工作,以使得該項技術得以實用化。
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