【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 人性化設(shè)計(jì)顯得最為重要，怎樣能讓用戶更加輕松、更自如的應(yīng)用產(chǎn)品越來(lái)越受到電力電源廠商的重視。近年來(lái)，一些電力電子廠商的設(shè)計(jì)研發(fā)人員直接的與用戶接觸，了解他們的不同需要，針對(duì)需求來(lái)研發(fā)不同的電源，這就推動(dòng)了開關(guān)電源的發(fā)展，使得開關(guān)電源的發(fā)展更加的成熟。 價(jià)格：電力電源產(chǎn)品 因?yàn)樗袠I(yè)的特殊型，客戶對(duì)產(chǎn)品安全性，穩(wěn)定型有了更高的要求，但是對(duì)價(jià)格的敏感性卻很低，因此廠商對(duì)價(jià)格有一定的定價(jià)能力。同時(shí)，電力電源的成本中最大的比重是來(lái)自原材料，原材料的價(jià)格對(duì)電力電源的 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 價(jià)格具有比較大的影響。所以，未在來(lái)幾年內(nèi)電力電源的價(jià)格主要是隨著原材料價(jià)格的波動(dòng)而波動(dòng)，但是技術(shù)因素的發(fā)展也會(huì)在很大程度上影響開關(guān)電源的價(jià)格。 渠道：近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，電子商務(wù)的發(fā)展也呈現(xiàn)出迅猛式地增長(zhǎng)，這使得電力設(shè)備的制造商有了更加便利的條件來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的直銷，拓展電源的銷售手段和渠道。電力設(shè)備行業(yè)的特 殊性給渠道銷售商提出了更加苛刻的要求。全國(guó)性的渠道架構(gòu)、完善的服務(wù)售后體系、強(qiáng)大的市場(chǎng)推廣能力、豐富的市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)驗(yàn)和完整的配套解決方案提供能力，這些都是一個(gè)優(yōu)秀的渠道商應(yīng)該具備的要件。 服務(wù)：在電力電源市場(chǎng)中，服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)力的核心在于服務(wù)趨于規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)?；?。電力電源的維護(hù)是比較復(fù)雜的，只經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員才能擔(dān)任售后服務(wù)的工作，以及能夠?qū)Ξa(chǎn)品的保養(yǎng)及維修、元件的更換等。因此，對(duì)于價(jià)格相同，質(zhì)量類似的電力電源產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，優(yōu)質(zhì)、專業(yè)的服務(wù)將成為各大廠商差異化戰(zhàn)略中最重要的部分之一。電力電源廠商在日 益激烈的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出的關(guān)鍵是降低服務(wù)成本，提高服務(wù)的專業(yè)化水平。 20 世紀(jì) 90 年代初《通信用高頻開關(guān)整流器》和《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)、服務(wù)用戶起到了重要作用，對(duì)高頻開關(guān)電源在電信行業(yè)的循序推廣也起到了積極的作用。隨著市場(chǎng)的擴(kuò)大，用戶對(duì)電源智能化的程度的要求越來(lái)越高，有關(guān)電源繼續(xù)紅監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)相繼被推出，使得中國(guó)的電源業(yè)的發(fā)展得到了很好的維護(hù)。 國(guó)外開關(guān)電源的發(fā)展 開關(guān)電源的發(fā)展取決于各反面的因素。 功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展是開關(guān)電源發(fā)展的首要條件 。而半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體器件的材料，性能最優(yōu)越的碳化硅材料由于制造困難，成為阻礙半導(dǎo)體器件發(fā)展的最主要的原因，而利用省話費(fèi)直接從氣態(tài)狀態(tài)生長(zhǎng)晶體，使得碳化硅得到的發(fā)展，從而推動(dòng)了半導(dǎo)體器件的發(fā)展。 變壓器是開關(guān)電源中重要的必不可少的部件，平面表壓器是近兩年才面試的一種全新產(chǎn)品。平面變壓器沒有銅導(dǎo)線，代之以單層或多層印刷電路板，因而厚 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 度遠(yuǎn)低于常規(guī)變壓器，能夠直接制作在印刷電路板上。其突出優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，因而體積大大縮小，相當(dāng)于常規(guī)變壓器的 20%；效率高，通常為 97%～ 99%；工作頻率高，從 50kHz 到 2MHz；低漏感 (小于 %)；低電磁干擾 (EMI)等。 電力電子產(chǎn)品或電路的發(fā)展方向是模塊化、集成化。具有各種控制功能的專用芯片，近幾年發(fā)展很迅速，如功率因數(shù)校正 (PFC)電路用的控制芯片；軟開關(guān)控制用的 ZVS、 ZCS 芯片；移相全橋用的控制芯片； ZVT、 ZCT PWM 專用控制芯片；并聯(lián)均流控制芯片；電流反饋控制芯片等。功率半導(dǎo)體器件則有功率集成電路 (Power IC)和 IPM。 IPM 以 IGBT 作功率開關(guān)，將控制、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、檢測(cè)電路一起封裝在一個(gè)模塊內(nèi)。由于外部接線、焊點(diǎn)減少，可靠性顯著提高。集 成化、模塊化使電源產(chǎn)品體積小、可靠性高，給應(yīng)用帶來(lái)極大方便。 開關(guān)電源發(fā)展的整體趨勢(shì) 小型化、薄型化、輕量化、高頻化：開關(guān)電源的重量、體積主要是由儲(chǔ)能元件（即磁性元件和電容）決定的，所以開關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲(chǔ)能元件的體積；在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。 高可靠性：開關(guān)電源使用的元器件相比較比連續(xù)工作電源要少數(shù)十倍，所以可靠性得到了提高。而 從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著通信電源的壽命，所以，要從設(shè)計(jì)方面著眼，盡可能使用較少的器件，提高集成度。這樣不但解決了電路復(fù)雜、可靠性差的問(wèn)題，也增加了保護(hù)等功能，簡(jiǎn)化了電路，提高了平均無(wú)故障時(shí)間。 低噪聲：開關(guān)電源的缺點(diǎn)之一是噪聲很大。簡(jiǎn)單地追求高頻化，噪聲也會(huì)隨之增大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。所以，盡可能地降低噪聲影響是開關(guān)電源的又一發(fā)展方向。 采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和控制：采用 CAA 和 CDD 技術(shù)設(shè)計(jì)最新變換拓?fù)浜妥罴褏?shù) ，使開關(guān)電源具有最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和最佳工況。在電路中引入微機(jī)檢測(cè)和控制，可構(gòu)成多功能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄并自動(dòng)報(bào)警等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 開關(guān)電源的現(xiàn)狀 今年來(lái)年中國(guó)電力電源市場(chǎng)呈現(xiàn)如下特征： 大容量電力電源產(chǎn)品的需求迅速提升，開關(guān)電源市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)。因?yàn)閲?guó)家對(duì)能源和環(huán)保問(wèn)題日益重視，電力行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整勢(shì)在必行；隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，開關(guān)電源在節(jié)能降耗環(huán)保問(wèn)題上的作用日益顯著；高效、大容量機(jī)組漸成市場(chǎng)主力，有效拉動(dòng)電源市場(chǎng)需求，所以中國(guó)電力電源市場(chǎng)的這種變化與我國(guó)宏觀政策導(dǎo)向和電力行業(yè)的影響密不 可分。受國(guó)家宏觀政策的影響，我國(guó)電力行業(yè)結(jié)構(gòu)有所調(diào)整，小火電機(jī)組相繼叫停，大型、高效機(jī)組陸續(xù)投產(chǎn)。這種電力行業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變顯著拉動(dòng)了大容量電源的市場(chǎng)需求，從而有效帶動(dòng)開關(guān)電源市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)。 市場(chǎng)集中度較低，廠商競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)激烈。中國(guó)電力電源廠商有近 1000 家，分布地域廣而分散，市場(chǎng)規(guī)模亦較為均衡，廠商市場(chǎng)占有率均在 10%以下。開關(guān)電源市場(chǎng)集中度相對(duì)較低，廠商間競(jìng)爭(zhēng)較為激烈成為開關(guān)電源市場(chǎng)的主要特征之一。隨著競(jìng)爭(zhēng)的加劇，電力電源廠商在市場(chǎng)規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)研發(fā)能力上充分重視起來(lái)，以提高品牌影響力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 技術(shù)進(jìn)步驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新。電力電源產(chǎn)品與電子技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展密切相關(guān)。近年來(lái)，隨著我國(guó)電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，開關(guān)電源產(chǎn)品也朝著高頻化、高功率密度、高功率因素、高效率、高可靠性和高智能化方向發(fā)展。這種由于技術(shù)進(jìn)步帶動(dòng)的產(chǎn)品創(chuàng)新同時(shí)受到市場(chǎng)的認(rèn)可?！熬G色”電源，模塊化電源的問(wèn)世在節(jié)能、降耗、環(huán)保方面發(fā)揮了重要的作用，對(duì)于緩解我國(guó)的能源和環(huán)境問(wèn)題大有裨益。 本章小結(jié) 開關(guān)電源是電力電子發(fā)展的必然產(chǎn)物，順應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展，它的出現(xiàn)已經(jīng)帶來(lái)了技術(shù)的革新。現(xiàn)在無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都在發(fā)展開關(guān)電源，所以其前景是美好的，開關(guān)電源在一定程度上取代傳統(tǒng)電源已經(jīng)是必然的趨勢(shì)了。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 第二章 開關(guān)電源的幾種結(jié)構(gòu) boost 電路 電路圖 圖 21 boost電路 boost 電路的工作原理 Boost 電路（圖 21）即為升壓斬波電路，當(dāng) V1 導(dǎo)通時(shí)，能量從輸入電源流入，并儲(chǔ)存于電感 L1 中，由于 Q1 導(dǎo)通期間正向飽和管壓降很小，故這時(shí)二極管 D1 反偏，負(fù)載由濾波電容 C 供給能量，將 C1 中儲(chǔ)存的電能（ CV0*V0/2）釋放給負(fù)載 R。當(dāng) V1 截止時(shí)，電感 L1 中電流不能突變，它所產(chǎn)生 的感應(yīng)電勢(shì)阻止電流減小，感應(yīng)電勢(shì)的極性為下正上負(fù)，二極管 D1 導(dǎo)通，電感中儲(chǔ)存的能量（ L1I*I/2）經(jīng)二極管 D1，流入電容 C1，并供給負(fù)載 R。 在 Q1 導(dǎo)通的 Ton 期間，能量?jī)?chǔ)存于電感 L1 中，在 Q1 截止的 Toff 期間，電感 L1 釋放的能量補(bǔ)充在 Ton 期間給電容 C1 上損失的能量。 Q1 截止時(shí)，電感L1 上電壓跳變的幅值時(shí)與占空比有關(guān)的， Ton 愈大， L1 中峰值電流大，儲(chǔ)存的磁能愈大。所以，如果在 Ton 期間吃內(nèi)存的能量要在 Toff 期間釋放出來(lái)，那么，L1 上的脈沖必定比較高的。假定開關(guān)管沒有損耗，并聯(lián)變換器電路在輸 入電壓V1 和輸入電流 I1，能在較低的輸出電流 I0 下，輸出較高的電壓 V0。 穩(wěn)壓電源達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，輸出電壓穩(wěn)定在所需的恒定值 V0，只要適當(dāng)選擇電 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 容 C1，輸出紋波可做得足夠小，當(dāng)要求紋波為Δ V0，直流輸出電流為 I0 是，由于在管子導(dǎo)通期間全部負(fù)載都由 C1 供電，因此選擇 C1 取決于下式： C1=V0Ton0I? 當(dāng) Q1 導(dǎo)通時(shí)，忽略管子導(dǎo)通壓降，電感 L1 上的電壓為輸入電壓 V1,并且電流按 t??I = L1V1 速率線性上升，周期 Ton 期間 V1 導(dǎo)通時(shí)， L1 中的電流增量為 Δ I（ +） =（ L1V1 ） Ton。當(dāng) V1 截止時(shí)，假定 L1 右端的電感反沖電壓等于輸出電壓 V0，則 L1 上的電壓為 V0V1， L1 中的電流以Δ I（ ） =（ V0V1） Toff/L1，而在穩(wěn)態(tài)， Ton 期間 L1 中電流的增量應(yīng)等 于 Toff 期間電流的減量，Δ I（ +） =Δ I（ ），故有 L1V1Ton = L1V1)Toff(V0 V0=V1 ToffToffTon? =V1 ToffT =V1 TonTT =V1 D11 其中 D= TTon 由上式可知，當(dāng)改變占空比 D 時(shí)，就能獲得所需的上升的電壓值。由于占空比 D總是小于 1， V0 總是大于 V1。 Boost電路能將電壓升高的原因是電感 L1 儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用，而電容 C 能將輸出電壓保持住。 boost 電路特點(diǎn) boost 電路的電路相比較其他電路來(lái)的簡(jiǎn)單，所以成本比較低，另外 boost電路的輸出電壓高于輸入電壓，能夠起到升壓作用。 boost 電路的轉(zhuǎn)換效率比較低，所以電源電壓的利用率比較低，輸出的功率較小。由 boost 電路最為顯著的特點(diǎn)可以知道， boost 電路只適用于升壓電路。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 buck 電路 buck 電路圖 圖 22 buck電路 buck 電路的工作原理 Buck 電路（圖 22）即為降壓斬波電路。當(dāng)控制脈沖使 Q1 導(dǎo)通之后， C 開始充電，輸出電壓 V0 加到負(fù)載 R 兩端，在 C 充電過(guò)程中，電感 L1 內(nèi)的電流逐漸增加，儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量也逐漸增加。此時(shí)續(xù)流二極管 D1 因反向偏置而截止。經(jīng)過(guò) Ton 時(shí)間以后，控制信號(hào)使 Q1 截止， L1 中的電流減小， L1 中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量便通過(guò)續(xù)流二極管 D1 傳遞給負(fù)載。當(dāng)負(fù)載電壓低于電容 C 兩端的電壓時(shí)，C 便向負(fù)載放電。經(jīng)過(guò)時(shí)間 Toff 后，控制脈沖又使 Q1 導(dǎo)通，上述過(guò)程重 復(fù)發(fā)生。 當(dāng)控制信號(hào)使 Q1 導(dǎo)通時(shí)，電感 L1 中的電流從最小值 Ilmin 增加到最大值I lmax ，當(dāng)控制信號(hào)使 V 截止時(shí)， L1 中的電流又從最大值 Ilmax 下降到 Ilmin 。建設(shè)Q1 具有理想的開關(guān)特性，其正向 飽和管壓降可以忽略，所以可以列出以下的方程： VL =V1V0=LdtdiL 由此可得出： 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 iL =L1 ? V0)(V1 dt iL = LV0V1 t+Ilmin Q1 導(dǎo)通狀態(tài)終止時(shí)， T=Ton 時(shí)， L1 中的電流達(dá)到最大值，得： Ilmax = LV0V1 Ton+Ilmin 在 Q1 截止期間， L1 中的電流經(jīng)續(xù)流二極管 D1 向負(fù)載釋放能量，假若忽略 D1的正向壓降，則可得出下列方程： V0=LdtdiL 由此可得出： iL =L1 ?V0 dt iL = LV0 t+Ilmax Q1 截止?fàn)顟B(tài)終止時(shí)，即 T=Toff 時(shí)， L1 中的電流下降到最小值，得： Ilmin = LV0 Toff+Ilmax 由上面的公式可得： V0=V1 ToffTonTon? =V1 TTon =DV1 式中 Ton 是開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間， Toff 是開關(guān)截止時(shí)間； T 時(shí)開關(guān)管工作周期， D 是占空比， D=Ton/T。 由上式可知，輸出電壓 V0 越開關(guān)管的占空比 D=Ton/T 成正比，所以通過(guò)改變開關(guān)管的占空比可以控制輸出平均電壓的大小。由 于占空比 D=Ton/T 總是小于 1，所以 V0 總是小于 V1，所以這樣的電路稱為降壓斬波電路，即 bu