【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 瓦。近年來(lái)推出的第二代電源模塊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也改為模塊式，達(dá)到高度集成化和全面電腦化。功率密度已經(jīng)達(dá)到了每立方英寸120瓦。電源模塊內(nèi)含元件只有第一代產(chǎn)品的1/3，由l15個(gè)減為35個(gè)。第二代電源模塊的控制電路只含兩個(gè)元件，被稱作“大腦(Brain)?！按竽X”是兩片厚膜電路，由YlCOR公司自己的無(wú)塵室自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，其總體積只有0．1立方英寸。取代了第一代產(chǎn)品中的約100個(gè)控制元件，體積縮到原來(lái)60％。第二代產(chǎn)品中另一個(gè)突破是變壓器的改良。采用屏蔽式結(jié)構(gòu)和鍍銅磁芯，把初級(jí)和次級(jí)線圈分置左右兩邊面溫升很低，寄生電容和共模噪聲也很低。變壓器處理功率的密度達(dá)到了每立方英寸1000瓦，溫升只有3℃。第二代產(chǎn)品功率器件的管芯直接焊接在基扳上以取代第一代TO200封裝，可以提高散熱效率，降低寄生電感、電容和熱阻。第二代產(chǎn)品的集成度顯然提高了，但還不是系統(tǒng)集成。李澤元教授領(lǐng)導(dǎo)的美國(guó)電力電子系統(tǒng)中心(Center of Power Electronics Systems。簡(jiǎn)稱CPES)已經(jīng)提出了系統(tǒng)集成的設(shè)想，信息傳輸、控制與功率半導(dǎo)體器件全部集成在一起，組成的元件之間不用導(dǎo)線連接以增加可靠性，采用三維空間處理熱的方法來(lái)改善散熱。有可能將功率從低功率(幾百瓦一千瓦)做到高功率(幾十千瓦以上)。系統(tǒng)集成的結(jié)果，可以改變現(xiàn)在的半自動(dòng)化、半A工的組裝工藝而可能達(dá)到完全自動(dòng)化生產(chǎn)。因而可以降低成本，有利于普遍地推廣應(yīng)用。李澤元教授正在應(yīng)用這一設(shè)想，以CPES結(jié)臺(tái)美國(guó)幾所大學(xué)的特長(zhǎng)，在做馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)集成工作。系統(tǒng)集成的第一步是把逆變器做成一個(gè)模具，驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路全部放進(jìn)去，第二步是把逆變器和馬達(dá)做在一起，形成一個(gè)系統(tǒng)集成。還有一個(gè)例子，英特的微處理器是非常領(lǐng)先的，這些年的發(fā)展趨勢(shì)是速度更快，電壓更低，而需要的電流容量一直在增加。目前英特微處理器工作電壓是23伏/10安，操作頻率是300MHz。預(yù)計(jì)兩年后甚至不需要兩年它的工作電壓會(huì)降到1伏、電流3050安，操作頻率為IGHz?，F(xiàn)在的做法是把開(kāi)關(guān)電源緊靠在微處理器上，開(kāi)關(guān)電源以很快的速度提供電流給微處理器，這樣尚能滿足現(xiàn)有微處理器的要求。但將來(lái)微處理器工作電壓降低，電流增加，速度加快的時(shí)候．現(xiàn)有的解決方法將無(wú)法達(dá)到它的要求。三年前，李澤元教授就提出要徹底解決問(wèn)題，必須將開(kāi)關(guān)電源與微處理器結(jié)臺(tái)在一起。今天英特公司大部分人接受了這一想法面積極促成此事。提出的構(gòu)想是，開(kāi)關(guān)電源緊密結(jié)合在徽處理器主板下面。這樣開(kāi)關(guān)電源的太小必須與微處理器相當(dāng)，而現(xiàn)在摶開(kāi)關(guān)電源要比徽處理器大幾十倍。如何減小體積?這又面臨新的挑戰(zhàn)可以預(yù)計(jì)，下面幾個(gè)問(wèn)題是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的永恒方向： （1）開(kāi)關(guān)電源頻率要高，這樣動(dòng)態(tài)響應(yīng)才能快，配合高速微處理囂工作是必須的，也是減小體積的重要選擇。（2）體積要減小，變壓器電感、電容都要減小體積。（3）效率要高，散熱會(huì)減少。處理熱會(huì)容易，容易達(dá)到高功率密度。電力電子技術(shù)是重要的支撐科技，據(jù)美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)和技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)提出，國(guó)家關(guān)鍵性的科技領(lǐng)域有七個(gè)方面：能源、環(huán)保、資訊與通訊、生命科學(xué)、材料、交通。每一領(lǐng)域，無(wú)一不和電力電子有關(guān)，都在起著重要作用，而開(kāi)關(guān)電源是其中的一個(gè)重要方面，有著深遠(yuǎn)的美好前景。讓我們共同努力，邇接這一美好前景的到來(lái)。 開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)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(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。 開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開(kāi)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。因此我們選擇來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)具有高精度，高效率的開(kāi)關(guān)電源。該課題是要我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)37V/5A的開(kāi)關(guān)電源，設(shè)計(jì)的要求是:在輸入交流220V,50Hz市電的情況下，使該電源滿足以下性能指標(biāo)：輸出連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)定直流電壓：U0=037V輸出電流：I0max=輸入電壓波動(dòng)范圍在220V240V開(kāi)關(guān)型直流穩(wěn)壓電源的電路型式主要有單端反激式、單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式，它和線性電源的根本區(qū)別在于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。調(diào)整管不是工作在放大區(qū)，而是工作在飽和及截止區(qū)即開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)電源因此而得名。單端反激式：反激式開(kāi)關(guān)電源的核心部分是反激式直流—直流變換器，基本電路如下圖1所示，單端反激電路一般用在小功率電源和開(kāi)關(guān)電源的輔助電源上。其占空比可達(dá)100％，控制芯片一般用的是UC3842和UC3843。圖1 反激式電路原理圖單端正激式：正激式開(kāi)關(guān)電源的核心部分是正激式直流—直流變換器，基本電路如下圖24所示。正激電路變壓器的利用率比較高，工作時(shí)的占空比小于50％，工作頻率是振蕩頻率的一半，所使用的控制芯片一般是UC3844和UC3845。可以做中型功率的開(kāi)關(guān)電源，使用雙管正激電路，其功率可以再做得更高一點(diǎn)。雖然功率變壓器不像反激式電路要開(kāi)氣隙，但是一般要在變壓器中加去磁繞組，在關(guān)斷時(shí)將付邊的能量反射到交流輸入上。圖2 正激式變換器的原理電路圖圖3 正激式變壓器等效電路圖4 正激電路原理圖（單管正激）半橋式：半橋電路有兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，通過(guò)兩個(gè)串連的電容器來(lái)構(gòu)成工作回路，這兩個(gè)功率管交替導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)高頻變壓器進(jìn)行能量傳遞，變壓器是雙向激勵(lì)的。半橋電路同樣存在變壓器磁偏現(xiàn)象，會(huì)出現(xiàn)“直通”問(wèn)題。同樣的變壓器的情況，半橋的輸出功率大于推挽電路。如下圖56所示：C1和C2的作用主要是實(shí)現(xiàn)靜態(tài)時(shí)分壓，使Ua=1/2Uin。當(dāng)V1導(dǎo)通，V2截止時(shí)，輸入電流方向?yàn)閳D中虛線方向，向C2充電；當(dāng)V1截止，V2導(dǎo)通時(shí)，輸入電流方向?yàn)閳D中實(shí)線方向，向C1充電。當(dāng)V1導(dǎo)通，V2截止時(shí)，V2兩端承受的電壓為輸入直流電壓Uin。圖5 半橋式變換器原理電路圖6 半橋型開(kāi)關(guān)電源原理圖推挽式：推挽式功率變換電路原理圖，如下圖