开关电源的分类与应用

1引言

随着电力电子技术的进展，电力电子设备和人们的工作和生活之间的关系越来越紧密，电子设备离不开可靠的电源供应。 在1980年代，计算机电源完全实现了开关电源，并且在1990年代，台计算机的替代电源进入了各种电子和电气设备领域。 开关电源已被广泛应用于程控开关，通信，电子测试设备电源和操纵设备电源，从而推动了开关电源技术的飞速进展。开关电源是一种使用现代电力电子技术来操纵开关晶体管导通和截止的时间比以维持稳定输出电压的电源。 开关电源通常由脉宽调制（PWM）操纵IC和MOSFET组成。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，但是两者的增长率却不同。在某个输出功率点上，线性电源的成本高于开关电源的成本，并且该成本使该点反转。随着电力电子技术的进展和创新，开关电源技术也在不断创新。 这种成本逆转点越来越多地转向低输出功率端，这为开关电源提供了广阔的进展空间。

高频开关电源是其进展的方向。 高频开关使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用范围，非常是在高科技领域，这促进了高科技产品的小型化和便携性。更改。其它，开关电源的开发和应用对节约能源，节约资源和爱护环境具有重要意义。

2开关电源的分类

人们的开关电源技术领域是在开发开关变频技术的同时开发相关的电力电子设备。 两者相互促进，以轻便，小巧，薄型，低噪音，高可靠性，抗干扰的方向，以每年两位数以上的增长率推动开关电源的进展。开关电源可以分为两类：AC / DC和DC / DC。 DC / DC转换器已经模块化，设计技术和生产工艺在国内外已经成熟和标准化，并得到了用户的认可。 但是，由于其自身的特性，AC / DC模块化遇到了更多挑战。 模块化过程中复杂的技术和工艺制造问题。下面说明两种类型的开关电源的结构和特性。

2。1 DC / DC转换

DC / DC转换是将固定的DC电压转换为可变的DC电压，也称为DC斩波。斩波器有两种工作模式，一种是脉冲宽度调制模式Ts不变，改变ton（一般），另一种是频率调制模式，吨不变，改变Ts（简单干扰）。具体电路包含以下类别：

（1）降压电路-降压斩波器，平均输出电压Uo小于输入电压Ui，极性相同。

（2）升压电路斩波斩波器，平均输出电压Uo大于输入电压Ui，极性相同。

（3）降压-升压电路-降压或升压斩波器，平均输出电压Uo大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感通过。

（4）降压或升压斩波器，平均输出电压Uo大于或小于输入电压UI，极性相反，并且电容器被传输。

当今的软开关技术在DC / DC方面取得了质的飞跃。 美国VICOR公司设计和制造的各种ECI软开关DC / DC转换器的大输出功率为300W，600W，800W等。，相应的功率密度为（6、2、10、17）W / cm3，效率为（80-90）％。日本NemicLambda近推出了采纳软开关技术的RM系列高频开关电源模块，其开关频率为（200？300）kHz时，功率密度已达到27 W / cm3，使用同步整流器（MOS-FET代替XiaoTick二极管）可以将整个电路的效率提高到90％。

2。2 AC / DC转换

AC / DC转换是将交流电转换为直流电，并且功率流向可以是双向的。 从电源到负载的功率流称为“整流”，从负载到电源的功率流称为“有源逆变器”。AC / DC转换器的输入为50/60 Hz交流电。 由于必须对其进行整流和滤波，因此必须使用更大的滤波电容器。 同时，它符合安全标准（例如UL，CCEE等）。）。）和EMC指令。限制条件（例如IEC，FCC，CSA），交流输入必须添加EMC滤波并使用符合安全标准的组件，从而限制了交流/直流电源的小型化。 其它，由于内部高频，高压和大电流，开关动作使得解决EMC问题更加困难。 内部高密度安装电路的设计也有很高的要求。 出于相同的原因，高压大电流开关将增加电源的功耗并限制AC / DC转换器的模块化过程。 因此，有必要采纳电力系统优化设计方法，使其工作效率达到肯定水平。 中意。

根据电路的接线方法，AC / DC转换可分为半波电路和全波电路。根据电源相的数量，它可以分为单相，三相和多相。根据电路的工作象限，它可以分为一个象限，两个象限，三个象限和四个象限。

3开关电源的选择

就开关电源的输入抗干扰性能而言，由于其自身的电路结构（多级串联）的特性，和技术指标中的线性电源分配，一般的输入干扰（例如浪涌电压）难以通过输出电压稳定该性能的更大优势是，其输出电压稳定性可以达到（0。5？1）％。作为电力电子集成设备，开关电源模块在选择时应注意以下几点：

3。1输出电流的选择

由于开关电源的高效率，通常可以达到80％以上。 因此，在选择其输出电流时，应精确测量或计算电气设备的大汲取电流，以使所选择的开关电源具有较高的性价比。通常，输出计算公式为：

是= Kif

式中：Is-开关电源的额定输出电流；

If-电气设备的大汲取电流；

K裕度系数，通常取为1。5？1。8;

3。2个地方

开关电源将比线性电源产生更多的干扰。 对共模干扰敏感的电气设备应按照ICE1000进行接地和屏蔽。EN61000。FCC和形状开关电源之类的EMC限制采纳EMC电磁兼容性措施，因此开关电源通常应具有EMC电磁兼容性滤波器。例如，Leadford Technology的HA系列开关电源可以将FG端子连接到地面或用户的机箱，以满足上述电磁兼容性要求。

3。3爱护电路

开关电源在设计中必须具有过流，多余，短路等爱护功能，因此在设计中应优先选择具有完整爱护功能的开关电源模块，并提供其爱护电路的技术参数应和电气设备的运行特性相匹配。幸免损坏电气设备或开关电源。

4开关电源技术的进展趋势

开关电源的进展方向是高频，高可靠性，低功耗，低噪声，抗干扰和模块化。由于开关电源的关键技术是轻，小，薄，高频，因此国外主要的开关电源制造商致力于同时开发新型的高智能组件，特别是改善次级整流器器件的损耗。 在动力铁中，氧（Mn-Zn）材料经历了技术革新，以改善高频下的高磁性能和高磁通密度（Bs），并且电容器的小型化也是关键技术。SMT技术的应用在开关电源方面取得了长足的进步。 组件布置在电路板的两侧，以确保开关电源轻巧紧凑。开关电源的高频率将不可幸免地创新传统的PWM开关技术。 ZVS和ZCS的软开关技术已经成为开关电源的主流技术，大大提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国开关电源制造商通过降低工作电流和结温来降低设备上的压力，从而大大提高了产品的可靠性。

模块化是开关电源进展的总体趋势。 模块化电源可用于形成分布式电源系统。 它可以设计为N + 1冗余电源系统，并且可以并行扩展容量。鉴于开关电源工作噪声高的缺点，如果只追求高频，噪声会增加，采纳部分谐振转换电路技术理论上可以降低高频噪声，但仍旧存在 一些技术问题。 共振转换技术的实际应用，因此在该领域中仍旧需要大量工作来使该技术有用化。

电力电子技术的不断创新，使开关电源产业具有广阔的进展前景。为了加快我国开关电源产业的进展，必须走技术创新之路，走具有中国特色的工业，教育和研究的共同进展道路，为我国国民经济的快速进展作出贡献。

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