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    新型開關電源的應用與原理

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    新型開關電源的應用與原理

    發布日期:2020-04-17 19:40 來源:http://www.nohackair.net 點擊:

    隨著電力電子技術的高速發展,電力電子設備與人的工作、生活的關系日益密切,電力電子設備都離不開可靠的電源。進入20世紀8O年代,計算機電源全面實現了開關電源化,率先完成計算機的電源換代;進入20世紀9O年代,開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域或程控交換機、通訊、電力檢測設備,控制設備電源都已廣泛地使用了開關電源,更促進了開關電源技術的迅速發展。開關電源是利用現代電子技術控制開關晶體管開通和關斷的時間比率,維持穩定輸出電壓的一種電源,開關電一般由脈沖寬度調制(pwm)控制IC和MOSFET構成。
    新型開關電源的應用與原理


    開關電源和線性電源相比,二者都隨著輸出率關上,反而高于開關電源,這一點稱為成本反轉點。隨著電力電子技術的發展和創新,使得開關電源技術也在不斷地創新,成本反轉點日益向低翰出電力端移動,這為開關電源提供了廣闊發展空間。開關電源高頻化是其發展的方向,高頻化使開關電源小犁化,拜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面都具有重要的意義。


    1、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,且設計技術及生產工藝在國內、外均已成熟和標準化并得到用戶的認可;但AC/DC的模塊化,因其自身的特性,使得在模塊化的進程中遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。


     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,也稱為直流暫波。暫波器的工作方式有兩種,一是脈寬調制方式Ts不變,改變ton(通用);二是頻率調制方式,ton不變。改變Ts(易產生干擾),具體的電路有以下幾類:


    (1)BUCK電路一降壓暫波器,其輸出平均電壓Vo小于輸入電壓Vt,極性相同。


    (2)BUCK電路一壓暫波器,其輸出平均電壓v0大于或小于輸入電壓,極性相同。


    (3)BUCK電路一壓或升壓暫波器,其輸出平均電壓Vo大于或小于輸入電壓v0,極性相反,電感傳輸。


    (4)BUCK電路一降壓或升壓變壓器,其輸出平均電壓v0大于或小于輸入電壓U極性相反,電容傳輸。


    當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍,美國V~COR公司設計制造多種EC~軟開關DO/DO變換器,其Z大輸出功率有300W、6OOW、800W等,相應的功率密度為6、2、10、17瓦每立方厘米,效率為200300kHz,功率密度已達到27瓦每立方厘米,采用同整流器(M0SFET代替肖特基二極管),使整個電路功率提高90%。


     AC/DC變換


    AC/DC變換是將交流變換為直流,其功率流向是可以雙向的,功率流由電源流向,負載的稱為“整流”。功率由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電,因必須經整流濾波,因此體積相對較大的濾波電容是必不可少的,同時因遇到安全標準(如UI、CCE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA),交流輸入側必須加EMC率波電及使用符合安全標準的元件,這樣就限制AC/DC電源體積的小型化。另外,由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作,使解決EMC電磁兼容問題難度加大,也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求。由于同樣的原因,高電壓、大電流開關使很多電源損耗增大,限制了很高的要求。由于同樣的原因,高電壓、大電流開關使很多電源工作損耗增大,限制了AC/DC變換器模塊化的進程,因此必須采用電源系統優化方法,才能使其工作效率達到一定滿意程度。


    AC/DC變換按電路的接線方式可分為半波電路和全波電路,按電源相數可分為單相、三相和多相,按電路T作象限分為一象限、二象限、三象限、四象限。


    3、開關電源的選用


    開關電源在輸入抗干擾性能上,由于其自身電路的特點(多極串聯),一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過,在輸出電壓穩定度這一技術指標上與線性電源相比具有較大的優勢,其輸出電壓穩定度可達0.5~1%。


    輸出電流的選擇


    因開關電源工作效率高,一般可達到80%以上,故在其輸出電流的選擇上,應準確測量或計算用電設備的Z大吸收電流,以使被選用的開關電源具有高的性能價格比。


      接地


    開關電源比、線性電源會產生更多的干擾,對共膜干繞敏感的用電設備,應采取接地和屏蔽措施。按ICEIO00、FCC等EMC限制,開關電源均采用EMC電磁兼容措施,因此開關電源一般帶有EMC電磁兼容濾器。如利華技術的HA系列開關電源將其FG端子接大地或接用戶機殼,方能滿足上述電磁兼容的要求。


      保護電路


    開關電源在設計中需具有過流過熱短路等保護功能,故在設計時應首先保護功能齊備的電源模塊,并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。


    4、開關電源技術的發展動向


    開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、簿的關鍵技術是高頻化,因此,國外各大開關電源制造商都致力于同步開發新型智能化的元器件,特別是該變二次整流器件的損耗,并在功率鐵氧體(Mn.Zn)材料上加大科技創新,以提高在高頻和較大磁通密度(Bs)下獲得高磁性能,而電容器的小型化也是一項關鍵技術。


    SMT技術應用使得開關電源取得了長足的進展,在電路板兩面布星,元器件以確保開關的輕、小、簿。開關電源的高頻化就必然對傳統的PWM開關技術進行創新。實現ZVS、ZCS的開關技術已成為開關電源的主流技術。并大幅度提高了開關電源的工作效率。對于可靠性指標,美國的開關電源生產商通過降低運行電流和溫度等措施以減少器件的應力,使得開關可靠性大大提高。




    模塊化是開關電源發展的總體趨式,可以采用模塊化電源組分布式電元源系統,可以設計成N+I亢余電源系統,并實現聯系方式的容量擴展。而采用部分諧板轉換電路技術,在理論上既可實現高頻化又可降低噪聲,但部分諧振轉換電路技術,在理論上既可實現高頻化又可降低噪聲,但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術應用問題,故仍需在理論上既可實現高頻化又可降低噪聲,但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題,故仍需在這一領域開展大量工作,以使得該項技術得以應用。

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