【文章內(nèi)容簡介】 分類：綜合電源技術(shù)更新日期：20090330 21:23 摘要： 開關(guān)電源高頻化是發(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，推動了高新技術(shù)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)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源 高頻 小型 1　引言　　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，進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(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，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關(guān)電源，這一成本反轉(zhuǎn)點。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)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間?！　￠_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，推動了高新技術(shù)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)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。2　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)，兩者相互促進推動著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、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)已實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。 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） BuckBoost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?！　‘斀褴涢_關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國VICOR公司設(shè)計制造的多種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（17）W/cm3，效率為（8090）%。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，功率密度已達到27 W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極管），是整個電路效率提高到90%。 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載的稱為“整流”，功率流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(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（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準的元件，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)動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，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變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。　　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、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。3　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（多級串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達（~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：　　因開關(guān)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(yīng)準確測量或計算用電設(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格比，通常輸出計算公式為：Is=KIf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)，~；　　開關(guān)電源比線性電源會產(chǎn)生更多的干擾，對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殼，方能滿足上述電磁兼容的要求?！　￠_關(guān)電源在設(shè)計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設(shè)計時應(yīng)首選保護功能齊備的開關(guān)電源模塊，并且其保護電路的技術(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。4　開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動向　　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（MnZn）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)電源取得了長足的進展，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傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進行創(chuàng)新，實現(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。對于高可靠性指標，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運行電流，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?！　∧K化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成N＋1冗余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴展。針對開關(guān)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)，在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項技術(shù)得以實用化?！　‰娏﹄娮蛹夹g(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，走出有中國特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展做出貢獻。 解決開關(guān)電源電磁兼容性的三個方法 標簽：開關(guān)電源 明緯電源 開關(guān)電源廠分類：綜合電源技術(shù)更新日期：20090328 17:43 解決開關(guān)電源電磁兼容性，可從三個方面入手:　　 1）減小干擾源產(chǎn)生干擾信號；　　　　 2）切斷干擾信號傳播途徑；　　　　 3）增強受干擾體抗干擾能力?！　　　?解決開關(guān)電源內(nèi)部電磁兼容性時，可以綜合運用上述三個方法，以成本效益比及實施難易性為前提。對開關(guān)電源產(chǎn)生對外干擾，如電源線諧波電流、電源線傳導(dǎo)干擾、電磁場輻射干擾等，只能用減小干擾源方法來解決。，可以增強輸入輸出濾波電路設(shè)計，改善有源功率因數(shù)校正（APFC）電路性能，減小開關(guān)電源管及整流續(xù)流二極管電壓電流變化率，采用各種軟開關(guān)電路拓撲及控制方式等。另，加強機殼屏蔽效果，改善機殼縫隙泄漏，并進行良好接處理。而對外部抗干擾能力，如浪涌、雷擊應(yīng)優(yōu)化交流輸入及直流輸出端口防雷能力。通常，因能量較小，可采用氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管等組合方法來解決。靜電放電，通常通信端口及控制端口小信號電路中，采用TVS管及相應(yīng)接保護、加大小信號電路與機殼等電距離，或選用具有抗靜電干擾器件來解決?？焖偎沧冃盘柡泻軐掝l譜，很容易以共模方式傳入控制電路內(nèi)，采用防靜電相同方法并減小共模電感分布電容、加強輸入電路共模信號濾波（如加共模電容或插入損耗型鐵氧體磁環(huán)等）來提高系統(tǒng)抗擾性能?！　　　?減小開關(guān)電源內(nèi)部干擾，實現(xiàn)其自身電磁兼容性，提高開關(guān)電源穩(wěn)定性及可靠性，應(yīng)從以下幾個方面入手：注意數(shù)字電路與模擬電路PCB布線正確分區(qū)、數(shù)字電路與模擬電路電源正確去耦；注意數(shù)字電路與模擬電路單點接、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路單點接以減小共阻干擾、減小環(huán)影響；布線時注意相鄰線間間距及信號性質(zhì)，避免產(chǎn)生串擾；減小線阻抗；減小高壓大電流電路特別是變壓器原邊與開關(guān)管、電源濾波電容電路所包圍面積；減小輸出整流電路及續(xù)流二極管電路與直流濾波電路所包圍面積；減小變壓器漏電感、濾波電感分布電容；采用諧振頻率高濾波電容器等。　　　　 MCU與液晶顯示器數(shù)據(jù)線、址線工作頻率較高，是產(chǎn)生輻射主要干擾源；小信號電路是抗外界干擾最薄弱環(huán)節(jié)，適當增加高抗干擾能力TVS及高頻電容、鐵氧體磁珠等元器件，以提高小信號電路抗干擾能力；與機殼距離較近小信號電路，應(yīng)加適當絕緣耐壓處理等。功率器件散熱器、主變壓器電磁屏蔽層要適當接，綜合考慮各種接措施，有助于提高整機電磁兼容性。各控制單元間大面積接用接板屏蔽，可以改善開關(guān)電源內(nèi)部工作穩(wěn)定性?！　　　?整流器機架上，要考慮各整流器間電磁耦合、整機線布置、交流輸入中線、線及直流線、防雷線間正確關(guān)系、電磁兼容量級正確分配等?！　　　?開關(guān)電源對內(nèi)、外干擾及抗干擾中，共模信號與開關(guān)器件工作方式、散熱器安裝及整機PCB板與機殼連接有相當復(fù)雜關(guān)系，共模信號一定條件下又可轉(zhuǎn)變成差模信號。解決共模干擾最簡單方法是解決好各電路單元及整機端口、機殼間問題。整機屏蔽難以實施且成本較高，無可奈何情況下才采用該措施。 開關(guān)電源的原理和發(fā)展趨勢 標簽：開關(guān)電源 明緯電源 開關(guān)電源廠分類：綜合電源技術(shù)更新日期：20090327 15:40 第一節(jié)高頻開關(guān)電源電路原理高頻開關(guān)電源由以下幾個部分組成：一、主電路從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程，包括：輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。二、控制電路一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標準進行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。三、檢測電路除了提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)。四、輔助電源提供所有單一電路的不同要求電源。第二節(jié)開關(guān)控制穩(wěn)壓原理開關(guān)K以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)K接通時，輸入電源E通過開關(guān)K和濾波電路提供給負載RL，在整個開關(guān)接通期間，電源E向負載提供能量；當開關(guān)K斷開時，輸入電源E便中斷了能量的提供?？梢?，輸入電源向負載提供能量是斷續(xù)的，為使負載能得到連續(xù)的能量提供，開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲能裝置，在開關(guān)接通時將一部份能量儲存起來，在開關(guān)斷開時，向負載釋放。圖中，由電感L、電容C2和二極管D組成的電路，就具有這種功能。電感L用以儲存能量，在開關(guān)斷開時，儲存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負載，使負載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量，因二極管D使負載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示：EAB=TON/T*E式中TON為開關(guān)每次接通的時間，T為開關(guān)通斷的工作周期（即開關(guān)接通時間TON和關(guān)斷時間TOFF之和）。由式可知，改變開關(guān)電源接通時間和工作周期的比例，AB間電壓的平均值也隨之改變，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調(diào)整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”（TimeRatioControl,縮寫為TRC）。按TRC控制原理，有三種方式：一、脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation,縮寫為PWM）開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。二、脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation,縮寫為PFM）導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式。三、混合調(diào)制導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。第三節(jié)開關(guān)電源的發(fā)展和趨勢1955年美國羅耶（)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端，1957年美國查賽（JenSen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，１９６４年美國科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到了１９６９年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時間的縮短等元器件改善，終于做成了２５千赫的開關(guān)電源。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用于以電子計算機為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的１００kHz、用ＭＯＳ－ＦＥＴ制成的５００kHz電源，雖已實用化，但其頻率有待進一步提高。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這