开关电源技术范文10篇

开关电源技术范文篇1

关键词：通信电源开关技术

通信电源是通信行业的动力，在电信网络中发挥着不可替代的作用，具有无可比拟的重要基础地位。通信电源又是通信设备系统的心脏，即使是瞬间的中断也是不允许的，因为通信电源系统发生直流供电中断故障是灾难性的，往往会造成整个通信局（站）和通信网络的全部中断和瘫痪。通信电源是电信网络中不可缺少的重要组成部分，是一个完整、规模日趋庞大和复杂的交换、传输、数据、信息、业务、智能等通信网的基石和后台保障，因此通信电源直接关系到整个网络的稳定、可靠和畅通，而开关电源因效率高、体积小、重量轻等优点被大量运用在通信设备供电中。

一、开关电源占据通信电源的主导地位

通信直流稳压电源按照其实现直流稳压方法的不同，可分为：线性电源、相控电源和开关电源三种。

1.1线性电源是通过串联调整管来连续控制，其功率调整管总是工作在放大区。由于调整管上功率损耗很大，造成电源效率较低，只有20～40%，发热损耗严重，安装有体积很大的散热器，因而功率体积系数只有20～30W/dm3。因此线性电源主要用于小功率、对稳压精度要求很高的场合，如通信设备内部电路的辅助电源等。

1.2相控电源是将市电直接经整流滤波后提供直流，通过改变晶闸管的导通相位来控制直流电压。由于相控电源的工作频率低，工频变压器的体积和噪声大，造成对电网干扰和负载变化的响应慢，设备笨重，且危害维护人员的身体健康。另外，其功率因数较低，只有0.6～0.7，严重污染电力电网，效率较低，只有60～80%，造成能源的极大浪费。因此传统的相控电源已逐渐被淘汰。

1.3开关电源的功率调整管工作在开关状态，主要的优点在"高频"上。其工作频率高，大都在40kHz以上，无烦人的噪声。体积小，重量轻，适用于分散供电，可与通信设备放在同一机房。效率高，大于90%，在当前能源比较紧张的情况下，能够在节能上做出很大的贡献。功率因数高，大于0.92，当采用有效的功率因数校正电路时，功率因数可接近于1，且对公共电网基本上无污染。模块化的设计，可实行N+1配置，可靠性高。维护方便，可在运行中更换模块，而不影响系统供电，扩容方便、分段投资，可在初建时，预留终期模块的机架，随时扩容。调试方便，内设模拟测试电路，无需另配假负载。具有监控功能，并配有标准通信接口，可实现集中监控，无人值守。

二、开关电源的关键技术

开关电源中具有技术突破主要有体现在以下四个方面：

2.1均流技术

大功率电源系统需要用若干台开关电源并联，以满足负载功率的要求，另外通信电源必须通过并联技术来实现模块备份，以提高电源系统的可靠性。因此并联技术在供电系统中必不可少，而并联运行的整流模块间需要采用均流措施，它是实现大功率电源系统的关键，用以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在限流或满载状态，同时延长电源系统的寿命和平均无故障时间。

2.2软开关技术

DC-DC变换器是开关电源的主要组成部分，因此功率变换技术一直受到全世界电力电子学科和行业研究的关注。而如何降低开关损耗，提高开关电源的频率和开关电源的系统效率，代表了开关电源的发展趋势。在经过了硬开关PWM（或PFM）技术和硬开关加吸收网络技术后，软开关技术得到了广泛应用。这样能够极大地降低开关损耗，减小功率器件电和热应力，改善器件工作环境，降低电磁干扰，提高功率密度等，为开关电源实现高效、节能、体积小、重量轻和高可靠性的要求做出了贡献。软开关技术有：谐振技术、准谐振技术、PWM和准谐振相结合的技术。

2.3功率因数校正技术

功率因数校正技术有：采用三相三线制整流，即无中线整流方式，可使谐波含量大大降低，功率因数可达0.86以上；采用无源功率因数校正技术，即在三相三线整流方式下加入一定的电感，可使功率因数达0.93以上，谐波含量降到10%以下；采用有源功率因数校正技术，即在输入整流部分加入一级功率处理电路，使无功功率几乎为0，功率因数可达0.99以上，谐波含量降到5%以下。

2.4智能化监控技术

开关电源大量应用控制技术、计算机技术，进行各种异常保护、信号检测、电池自动管理等，实时监视通信电源设备运行状态，记录和处理有关数据，及时发现故障，以先进的、集中的、自动化的维护管理方式来管理通信电源设备，从而提高供电系统的可靠性。智能化监控技术的应用，使得维护人员面对的不再是复杂的器件和电路，而是一个人机表达和交流的信息，大大改进了维护管理方式。

三、开关电源的发展

开关电源在发展，今后仍要不断提高开关电源和供电系统的高新技术含量，以支撑高速发展的现代化通信网络的建设和运行维护管理为主导方向，以高可靠性、高稳定性和可维护性为最终目的。具体有以下几个方面：

3.1小型化

随着通信设备日益集成化、小型化和分散化的发展，以及势在必行的分散供电的广泛应用，要求开关电源也相应小型化，而开关电源工作频率高频化和控制电路集成化，使开关电源的小型化成为可能。特别是随着小型化开关电源的市场迅速扩大，如接入网、数据产品、移动基站、无线市话等，一些小功率模块插件形式的开关电源将应运而生，大有蓬勃发展之势。如中兴通讯的ZXDU45嵌入式电源，在结构上采用标准的19英寸插框设计，高度为4U，功能齐全，使用起来极为安全方便。

3.2高智能化

随着开关电源在通信领域多方面的广泛使用，而维护人员又不是专业电源维护人员，只有借助其智能化，对电源设备的运行状态自动检测，对电源故障及时发现、诊断和处理。这就要求智能化在原有监控功能的基础上，增加诊断功能，即故障诊断专家系统，以指导维护人员处理问题，加快故障诊断和检修过程。公务员之家

3.3电池管理

电池在通信电源系统中的重要性，要求开关电源应具备完善的电池管理功能，充分考虑到电池对管理的需求，全方位地管理电池。也就是说，我们不能满足于对电池的均/浮充、温度补偿、电池保护等方面的管理，还要在电池的充/放电曲线、容量测试、容量恢复等方面进行高层次的管理。

开关电源技术范文篇2

关键词：开关电源；电力电子技术；电源技术

在社会诸多领域，电源技术都有着广泛运用，正是凭借该项技术的发展，人们的日常生活与生产发生了重大变化。开关电源凭借自身突出的技术优势，在电子设备、通信设备以及检测设备等领域有着极高的应用价值，并在进行不断完善与发展。毋庸置疑，开关电源技术的普及与电子电力技术的发展有着十分密切的联系，人们在承认其应用价值的同时要充分认识到开关电源在应用实践中存在的一些缺陷[1]。基于此，人们有必要围绕电力电子技术与电源技术的融合与发展进行探讨、研究，分析开关电源存在的问题并提出有效策略，将电力电子技术融入其中，提高开关电源的技术水平，克服技术难题，以此推动电力电子技术及开关电源技术的进步与发展。

1现代电力电子技术

1.1电力电子技术的发展历程。所谓电力电子技术，就是基于电力电子器件控制、转化电能的一种方法，该项技术涉及到电子、电力以及控制等学科领域。在科学技术不断发展的背景下，现代电力电子技术集现代控制理论、材料科学、微电子技术于一体，逐步发展成为了一门独立学科，具有很强的综合性和系统性。电力电子技术的发展历程可以分为三个阶段，即整流器时代、逆变器时代、变频器时代，具体阐述如下。第一，整流器时代。在大功率背景下，工业用电主要源自于工频为50Hz的交流发电机，但其中有一部分电能属于直流形式，所占比重约为1/5，最典型的领域为电解、牵引以及直流传动等。在这一阶段，大功率硅整流管与晶闸管的应用逐渐普及。第二，逆变器时代。这一阶段为20世纪70年代，在微机得到普及的背景下，电力电子装置的智能化水平有所提升。在电力电子电路不断完善的背景下，工业领域开始涌现由晶闸管组成的不同种类的电力电子装置。这一阶段，电力电子器件主要为大功率逆变用的晶闸管、门极可关断晶闸管以及巨型功率晶体管。逆变器时代，整流与逆变问题已得到解决，电力电子技术应用实践中，主要问题在于工频难以提升，大部分依然处于中低频水平。第三，变频器时代。20世纪80年代，大规模与超大规模集成电路技术研究取得了重大突破，这对电力电子技术的发展有着里程碑意义。基于集成电路技术的发展，凭借精细加工技术和高压大电流技术，全控型功率器件得以形成。在新型器件不断发展的背景下，交流电机的性能得到优化；同时，高频化成为电力电子技术的主要发展方向。在此背景下，电力设备的节能性得到极大提升，并且趋向于小型轻量化发展。就技术层面而言，机电一体化与智能化对电力电子技术的发展发挥了重要作用。1.2现代电力电子技术的发展趋势。在知识经济时代背景下，技术创新成为社会各领域的焦点话题，政府与企业的创新意识不断强化。作为一项新兴技术，电力电子技术集多门学科于一体，在工业领域中具有重大应用价值[2]。基于此，未来建设电力电子技术的创新机制具有重要意义，是优化产业结构、推动产业发展的有效途径。20世纪90年代，电力电子器件的发展趋于高频化、标准化、模块化以及智能化。根据电力电子技术发展现状可知，高频化与智能化已经成为电力电子技术的主流趋势，在此背景下，机电设备的响应速度与工作效率必然得到全面提升。

2现代电源技术

现代电源技术与电力电子技术有着十分密切的联系，多体现在电力电子半导体器件上，并融合了自动控制技术、计算机技术以及电磁技术等多项技术手段，具有非常广阔的应用范围。根据分类标准可以将电源分为不同种类，例如根据输入、输出可将电源分为AC-AC、AC-DC、DC-AC、DC-DC等；以工作状态为依据，可将电源分为线性电源、二极管稳压电源以及开关电源。本文主要围绕开关电源中电力电子技术的运用展开探讨。在电力电子技术不断发展的背景下，开关电源技术逐渐趋于成熟，其发展方向主要体现在以下几个方面。第一，技术模块化、智能化。模块化电源技术一方面指功率器件，另一方面指电源单元。在新型技术的支持下，电源对不同模块进行集成化处理，如此开关电源占用空间就会变小，器件更加稳定，系统的可靠性得到提升。输出稳压电路模块化发展提高了电源使用的灵活性与便捷性。第二，数字化与多元化是开关电源技术的发展趋势。正如上文所述，电子技术具有很强的综合性，涉及了诸多学科领域，其中电源技术主要包括功率转换、数字化控制、高频变换等技术内容。为进一步提高技术创新性，电源技术的发展必然要充分结合行业发展动态，不断更新自身知识技能，从而实现多元化与数字化发展[3]。

3电力电子技术在开关电源中的具体运用

20世纪末，电子与电气设备中，开关电源的应用价值已经逐渐凸显，并广泛运用于电子检测设备、控制设备以及通信设备等领域，这对开关电源技术的发展也起到了巨大的推动作用。不可否认，开关电源的缺点固然存在，例如开关电源的电路有待简化，抗射频与电磁干扰能力不强。在科技不断发展的今天，人们开始重视并逐渐解决开关电源存在的一些问题与缺陷[4]。目前，开关电源的征集电路主要分为两种，即主电路与控制电路。其中：主电路涉及到整流滤波输入、功率转换以及整流滤波输出等三个环节，主要功能是向负载传递电网电能；控制电路以保护电路运行为主。3.1软开关技术。基于IGBT功率器件控制的PWM电源在能耗上具有突出优势，相较于传统大功率电源的逆变主电路结构，PWM电源可以减少近40%的能耗。软开关技术借助了谐振原理，改进、优化了传统电路中缓冲电路对电压尖峰的消除和浪涌电流问题，从而简化了系统，有效控制了故障概率。传统电路中，开关电源进行操作的瞬间会产生较大的电流和电压，如果不能利用这部分电能，就会造成能量损耗。基于谐振电路的运用，可以吸收高频变压器中的电感与电容，从而缓释晶体管等元件的压力，使电源得到充分利用，并有效维持电源的稳定性[5]。3.2同步整流技术。同步整流技术是基于软开关技术，提升开关电源效率的一种技术手段。同步整流技术通过反接的方式，处理整流开关二极管中的金属绝缘体与半导体管，使电源适应低压、大电流条件。在零电压开关与零电流开关的驱使下，同步电流产生的脉冲信号会与初始的脉冲信号进行联动，使其上升沿超远原有的上升沿，进而有效控制金属氧化物半导体场效应晶体管，并实现零电压开关方式。3.3控制技术。当设计主电路时，通常需要充分考虑开关变换器的结构，分析其离散非线性特点。基于此，多路控制在开关电源中具有很强的适用性。基于调整开关电源的电子运动与时间周期，可以使开关电源具有动态性。利用基因算法、BP算法、模糊控制、微机控制以及人工神经网络技术，可以提高开关电源的智能化程度。此外，MEMS技术在开关电源中具有很高的应用价值，它可以提高微机运行的效率，促使微机或DSP在大功率开关的数字模块中充分发挥作用，从而提升开关电源的数字化水平。3.4功率半导体技术。电力电子技术的发展催生了MOSFET与IGBT半导体器件。开关电源中，运用MOSFET与IGBT半导体器件，可以提升电源效率并充分利用能源。这两种晶体管的内部电阻非常小，对驱动功率没有过高要求，在能耗方面具有非常突出的优势。基于同步整流技术与控制技术的结合，可以实现开关电源的高频化发展，从而提高开关电源的技术水平。

4结论

总而言之，电力电子技术在开关电源中具有很高的应用价值。未来电源技术的发展进程中，人们应致力于研究电力电子技术与电源技术的融合问题，提高开关电源的技术水平，促使其在实践中充分发挥应有的作用与功能，为推动相关领域发展提供有力支持。

参考文献：

[1]谢晨.电力电子技术在开关电源中的应用研究[J].商品与质量，2017，（19）：92.

[2]曲子君.电力电子技术在开关电源中的应用研究[J].化工管理，2016，（9）：129.

[3]吴重重.电力电子技术在开关电源中的运用[J].中小企业管理与科技，2016，（9）：237.

[4]杨威，卢俊.电力电子技术在高频开关电源中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（36）：25.

开关电源技术范文篇3

1.电力电子与开关电源简介

电力电子技术飞速发展，工作的原理其实就是电力元件制造、电子电路变流。电力电子技术其实已经经过了三代的发展变化了，现在是比较成熟的，今天的电力电子技术涉及到小功率集成电路，小功率的集成电路的优势就是功率的降低，当然还有对无功功率、神经元的控制，事情是在不断变化发展的，之前电力电子技术的模拟控制已经在如今发生了改变，逐渐变为微处理器数字控制。开关电源作为人们生活必备的电子技术设备，人们都认识并使用，开关电源同样会有不同的种类，主要是包括变换电能电源、发出电能电源两大方面。电源是不能被直接运用的，都需要进行转换，通常是转换器来进行转换，转换后的电源才能够正常被人们使用。开关电源的工作就是要对电能进行转换，电流进入开关电源之后，整流、滤波操作后变成高压直流电，然后再在开关电路和变压器的作用下变成高频低压脉冲，最后会变成低电压直流输出。开关电源也是在不断向前发展的，功率提高，效率提高，低耗能，模块化发展以及数字化控制都是开关电源技术要发展的趋势。

2.目前电力电子的应用

电力电子技术其实已经在社会中广泛运用了，电力电子技术有着整流、逆变斩波的功能，对于电能的转换相当擅长，可以满足人们多样的需求。电力电子技术在提高电能利用率方面发挥着不可或缺的作用，但是目前我国经过转换利用的电能并不多，没有充分发挥出电力电子技术在这方面的作用。电力电子技术主要是有变频器、电能质量、电子电源等装置，目前的电力电子技术越来越先进，精细加工、高压大电流技术、全控型功率物件等，现代高科技智能控制，模块化发展提高了生产效率，降低了功率，减少了研发成本发，让电力电子技术高效利用电能，稳定电力电子的系统运营。电力电子技术也在工业方面应用，机械、化工等企业都会用到电子电力技术，这项技术的运用能够提高电能使用效率，提高工作效率，降低对环境的破坏。工程项目进行施工时会运用高压直流输电，直流输电有其自身的优点，能够减少消耗，调节系统运行速度。电力电子技术的不断提高，新的大功率电子产品不断开发出来，应用电子电力技术能够更好地完善直流输电技术，降低工程实施地成本。电力电子技术与网络技术结合运用，更好的实现对交流输电系统的控制，对输电系统的各个参数进行有效快捷的调整，对系统潮流分布进行更改，使系统的运行更加平稳。电力行业中电力电子技术的应用更加普遍，电力系统中的电力谐波需要进行适当的完善，可以运用有源滤波，主要是通过可以控制的半导体，把同谐波电流的幅值相同或者相反的电流注入到电网中去，目的就是让电源的谐波电流变为零，可以随时随地对谐波电流进行相应地补偿，从而促进电力系统的发展。如今电力电子技术的进步就使得谐波技术的应用越来越熟练，应用的途径越来越多，市场在不断扩展中。电能的使用是源源不断输入的，中间不会停止，这就要保证电源是不间断的，电的输入不停歇，电力系统就处于工作状态，电力电子技术的发展使得一些新时代电力电子器物产生并运用，提高电能的使用效率，让电力系统能够安全可靠的运行，提供更加源源不断的电力资源，为社会发展供给电能，既能保证电能的有效提供，又能增加电能使用率。

3.开关电源引入电力电子

开关电源能够在各种电子产品中普遍使用，是因为它比较轻，体积小便捷，最主要的是使用效率不低，开关电源中会用到电力电子技术，用这项技术来保证电压在输出时是稳定的，通过控制公路半导体器的打开和关上的时间比率来实现以上保持电压稳定的目的，虽然开关电源使用范围广泛，但是开关电源目前还是存在一些不足之处的，它比较容易受到电磁波的干扰，线路比较复杂，随着科技的发展进步，开关电源的这些不足是可以被克服的，电力电子技术的进一步运用就能对开关电源进行完善，使得其性能更加完好，扩大应用的社会市场范围，增加影响力，达到最终有效利用电能，节约电能的作用。3.1智能控制。开关电源的智能控制技术的实现要有计算机技术和数字化处理技术的发展，这两项技术本质上就是为开关电源智能化控制提供技术支持。开关电源的内部运行是多路控制的，是可以通过控制电子运动和时间周期增加减少来进行操作，利用计算机技术可以减少传递信号时波形失真的情况，数字化控制会提高开关电源电路的安全性能，同时单元电路模块化处理、功率模块化，开关电源中的装置模块化发展能够提高开关电源的使用性能，保障开关电源在工作时是处于正常安全可靠的状态下的，提高电能的利用率。3.2关注软开关。软开关技术的应用有很多优势，这项技术的应用原理就是谐振，能够弥补之前存在的电路使用缓冲电路消除电压尖峰以及浪涌电流的不足之处，能够使系统变得更加简单，减少发生事故的概率。之前的电路在电源开关打开和关上时的一瞬之间产生较强的电压以及电流，，在这一瞬之间产生的电压是不能被利用的，这样就会引起电能的损耗，但是利用软开关就会有不同的效果。软开关中的谐振电路就能够对高频变压器中的电容、电感进行充分的吸收利用，减少晶体管等不少开关电源元件的压力，在根本上提高电能的使用效率，增加开关电源系统内部的稳定性，降低能量的消耗。3.3重视同步整流。开关电源技术的发展进步一个主要体现就是低耗能，高效率，那么重视同步整流技术就能进一步提高电能的使用效率，该技术其实是另一种提高电能利用效率的方式，是在软开关之后进行的，主要是反接整流开关二极管中的金属绝缘体半导管，关键是它运用于低压大电流电源，同步电流会经过零电压、零电流的开关，联动信号，这个信号是同步整流以及初始的脉冲信号之间进行的，让它的上升沿增加从而超过之前的上升沿，最终形成一种金属氧化物半导体效应晶体管、零电压的电源开关方法，其根本目标就是能够实现电能的低消耗、高效率。3.4绿色高效电源。对绿色电源的追求主要体现在计算机技术的应用方面，计算机技术人员对于绿色笔记本和电源的要求是比较高的，通俗来说就是要使用省电、效率高、环保的电源，绿色电源的应用对于电脑来说其实是很有必要的，能够使台式电脑的耗电量低，不使用时处于休眠状态，减少电能的损耗。电力电子技术的发展进步创造出绿色电源芯片，智能化控制电脑客户端，使电源发挥作用，准确输出电压频率，提高电能利用效率，运用同步整流技术和智能控制技术使同步电流更加方便地和其他控制电源地芯片结合，让芯片性能更加稳定，既节能又环保。

4.结束语

开关电源技术范文篇4

1电力电子技术的发展及其特点

电力电子技术经历了一个漫长的发展过程。最早应该追溯到第一个晶闸管（FGH）的诞生。“晶闸管”是美国一家通用电气公司的问世标志，为电力电子技术的发展开了先河，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。目前很多家用电源开关内部使用的都是FGH，是第一代半控型器件，不能自行关断，需要使用者根据需求进行操作。以FGH为核心的变流电路在电子能源转换过程中扮演着重要的角色，主要功能是使交流变成直流，为用户提供全面的安全服务。随着科学技术的不断进步，电力电子技术水平也呈现出不断发展的趋势。传统的FGH逐渐被“GTR、GTO”等新颖的电力转换器件所代替，从“传统电力电子技术”向“现代电力电子技术”转变。电力电子器件的研究和开发，也推动了当前电力行业的进步，使人们进入高频化和智能化的电力时代。“IGBT”的出现，更是实现了电网之间的非同期互联，解决了很多电源开关的不稳定问题，避免电路中出现短路和功损。很多家居用品和用电器等，都需要配置相应的开关，才能为用户提供便利，有效的实现开关和电路互通。在电源开关系统中加入电力电子应用，是新时期的科技需求，也是每个家电设计工作者需要掌握的重点技术。影响电力传输的因素有很多，比如“电路的距离、电压的大小、传输电线的质量、电路设备的品牌”等，这些都会影响电流在线路中的传输速率。如果电路距离过长、电压强度不够、电路设备不够完善，就有可能降低电源开关的反应灵敏度，增加电路能量的消耗。此外，有的用户不注意用电安全，反复使用电源开关，就会导致短路电流，烧断保险丝等问题出现，甚至产生漏电的危险，对用户的人身安全产生威胁。所以新时期的电力工作者必须事先预想这些可能存在的安全隐患，做出有效的应对政策和解决措施，加大电力电子技术在电源开关中的应用。传统的电力传输系统比较简单，不存在电容充电电流，电力的功率损耗也相对较小，这适合小家电的用户使用。很多大型的家用电器，比如“电冰箱、洗衣机、电视机、跑步机”等，就需要改变传统的电力传输系统，采用高压直流输电输送的方式，使电源系统拥有较快的调节速度，方便用户的操作，并且投入到市场当中使用。这些大功率的电子器件，电流的传输形式和传统的小电路不同，用户在使用时必须注意安全，建立有效的防范意识，逐渐改善高压直流输电设备的性能。

2开关电源的种类和特点

随着科学技术的不断发展和运用，各种各样的电源开关出现在人们生活当中。根据电路类型和电流传输方式的不同，开关电源主要分为以下几类。（1）传统输入和输出的类型。由于输入和输出方式的区别，可以将开关电源分为“DC/DC和AC/DC”两种变换器。“DC/DC”模式更注重电流的可靠性和安全性，而“AC/DC”注重的是电源开关的低耗和低噪声设计，给用户提供更提心的服务。根据两种电流传输形式不同，用户需要选择适合自己家庭的电源开关，发挥“DC/DC和AC/DC”两种变换器的价值和作用。（2）可以通过驱动方式的不同，可以将开关电源分为“接触式和非接触式”两种。通过字面意思理解，“接触式”需要用户接触电源开关才能进行相关的操作，而“非接触式”则强调智能化和自动化，用户远程即可实现对电源开关的控制。“接触式”的开关比较传统，但是灵敏度极高，“非接触式”的开关虽然更加智能化，但助长了人们懒惰的思想。无论是哪种类型的电源开关，只要是用户需要的，都值得各大企业的充分研究和发展。（3）根据控制方式的不同，还可以将开关电源分为“PWM、PFM、脉冲宽度调制”三种。每一种电源开关都有自己的价值和特点，用户可以根据自己的需要自行选择。PWM是“脉冲宽度调制式”；PFM是“脉冲频率调制式”。只有把握电力电子能量传输的方式和方法，才能不断提高电源开关的使用性能，有效保证开关电源的使用效率，减少不必要的能量损耗。3电力电子技术在开关电源中的应用在了解电源开关之后，需要对电力电子技术在开关电源中的应用进行分析。通常情况下，电源开关都是利用“R-C或是L-C”的缓冲器。这种缓冲器有利于降低开关电源的能量损耗，为用户解决“开关反应慢”等问题，追求开关电源的高频化。但这种缓冲器的使用，可能会导致开关噪声的增加，还存在多种实用化方面的问题。相关的技术人员可以引入“谐振转换电路技术”，为用户提供较高的服务保障，在实现高频化的同时降低噪音。随着智能科技的持续进步，不间断电源（UPS）逐渐出现在大众的视野中。UPS是结合了计算机、通信系统等多种高科技、高性能的电源，能实现智能化的管理和控制系统，极大的提高了开关电源的使用效率。很多较大功率的“M0SFET、IGBT”等现代化电力电子器件，也可以作为不间断电源的应用模块，以便实现对UPS的智能化管理，使电力电子系统趋于简单化和科技化。此外，开关电源中的主电路设计，也有特定的需求，不能胡乱搭配电器元件。电路中的电子设备，必须满足非线性的特点，才能实现对电路的多路控制，使控制系统更加的结构化和内容化。开关电源的使用频率，可以通过电路的时间周期来控制实现，必要时可以引入通过“模糊控制、微机控制、人工控制”等多种技术来实现，以便为用户提供有效的控制系统。有的用户对家电的用电安全有较高的要求。比如“母婴室”、“儿童用电器”、“家用熨斗”等，使用者一般都是女性或小孩子，他们不懂得电力的传输流程，缺乏一定的安全意识。小孩子在使用这些大功率用电器时，容易发生危险，漏电和跳闸时不知道如何解决，甚至发生安全隐患。为了避免这些现象的发生，电力系统的设计者可以采用“柔性交流输电系统”，从本质上强化家用电器的防漏电功能，才能极大的保障用户的使用安全，为广大群众提供切实可行的电力服务。科学技术和通讯技术的发展，使电力传输系统成为各行各业的重点研究项目，同时也为“FACIS”技术的发展创造了先行性的条件。我们可以运用电力电力科技，在电源开关中加入“IGBT、FACTS”等可关断器件原件，改变系统的结构，提升电源开关的灵敏程度。无论是电路传输系统一致还是相位相反的电流，都要做好详细的设计规划，才能有利于实现电路传输的可靠性，扩大开关电源结合电力电子的市场活动。新时代在不断向前发展，只有结合新时代的科学技术，才能提高开关电源的使用价值。电力企业要广招贤才，收贤纳士，让更多的专业技术人员参与电力行业的研究和开发过程。总而言之，开关电源是现代电力电子技术最常见的应用。但是，开关电源在运行过程中也存在着电路复杂、电磁干扰等多种电路问题，严重时还会影响用户的使用体验。为了保证电力电子输出能量的可靠性，相关的技术人员一定要了解电力电子技术的发展及其特点，才能促进开关电源技术的发展进程，保证主电路正常工作，为人类的社会发展和生活动态提供各方面的支持。

参考文献

[1]杨波,胡鑫,边党伟.现代电源技术的应用和发展[J].通信电源技术,2019,36(08):251-252.

[2]李镇江.基于共模干扰的开关电源电磁兼容性研究[J].中国新通信,2019,21(11):196-197.

开关电源技术范文篇5

关键词：交流抗干扰电路；PFC电路；高压整流滤波；PWM

1引言2计算机电源发展历程

在计算机各部件中最令人注意的就是CPU的频率、内存的大小、硬盘容量，显卡的性能等等。而对于电脑中的一个重要部件电源．却往往总会受到忽略。而事实上，电脑的许多奇怪症状都是由电源引起的。假如我们把计算机比作一个人的话，CPU作为计算机的核心部件起着运算和控制的作用，它相当于我们人类的大脑；而电源作为计算机的动力提供者，完全等价于我们人类的心脏，其重要之处由此可见。所以有必要了解电源内部结构，熟悉电源的工作原理，才能更好地维护好计算机电源，才能从根本上保障公司各部门计算机设备长时间稳定工作。

2计算机电源发展历程

PC／XT_IBM最先推出个人PC／XT机时制定的标准；AT_也是由IBM早期推出PC／AT机时所提出的标准，当时能够提供192W的电力供应；ATX—Intel公司于1995年提出的工业标准。与AT比较主要变化为：

1、取消了AT电源上必备的电源开关而交由主板进行电源开关的控制，增加了一个待机电路为电源主电路和主板提供电压来实现电源唤醒等功能：

2、ATX电源首次引进了+3．3V的电压输出端，与主板的连接接口上也有了明显的改进：ATX12V——支持P4的ATX标准，是目前的主流标准：ATX12V一1．1：在ATX的基础之上增加了4pin的+12V辅助供电线(PIO)为P4处理器供电，改变了各路输出功率分配方式，增强+12V负载能力；ATX12V一1.3：提高了电源效率，增加了对SATA的支持。去掉了一5V输出，增加了+12V的输出能力；ATX12V一2.0：尚未有产品实施的最新规范；电源连接器由20针改为24针，以支持75W的PCIExpress总线．同时取消辅助电源接口；提供另一路+12V输出，直接为4Pin接口供电；WTX—ATX电源的加强版本：尺寸上比ATX电源大。供电能力也比比ATX电源强，常用于服务器和大型电脑；BTX一现有架构的终结者，电源输出要求、接口等支持ATX12V。

3计算机开关电源的工作原理

电源是一种能量转换的设备，它能将220V的交流电转变为计算机需要的低电压强电流的直流电。首先将高电压交流电(220V)通过全桥二极管整流以后成为高电压的脉冲直流电，再经过电容滤波以后成为高压直流电。此时，控制电路控制大功率开关三极管将高压直流电按照一定的高频频率分批送到高频变压器的初级。接着，把从次级线圈输出的降压后的高频低压交流电通过整流滤波转换为能使电脑工作的低电压强电流的直流电。其中，控制电路也是必不可少的部分。它能有效的监控输出端的电压值，并向控制功率开关三极管发出信号控制电压上下调整的幅度。目前的常见产品主要采用脉冲变压器耦合型开关稳压电源，它分为交流抗干扰电路、功率因数校正电路、高压整流滤波电路、开关电路、低压整流滤波电路5个主要部分。

4交流抗干扰电路

为避免电网中的各种干扰信号影响高频率、高精度的计算机系统．防止电源开关电路形成高频扰窜，影响电网中的其他电器等；各种电磁、安规认证都要求开关电源配有抗干扰电路。主要结构为兀型共模、差模滤波电路．由差模扼流电感、差模滤波电容、共模扼流电感、共模滤波电容组成：

5功率因数校正电路

开关电源传统的桥式整流、电容滤波电路令整体负载表现为容性，且使交流输入电流产生严重的波形畸变，向电网注人大量的高次谐波，功率因数仅有0．6左右，对电网和其他电气设备造成严重的谐波污染与干扰。因此，我国在2003年开始实施的CCC中明确要求计算机电源产品带有功率因数校正器(PowerFactorCorrector，即PFC)，功率因数达到0．7以上。PFC电路分为主动式(有源)与被动式(无源)两种：主动式PFC本身就相当于一个开关电源．通过控制芯片驱动开关管对输入电流进行”调制”，令其与电压尽量同步，功率因数接近于1；同时．主动式PFC控制芯片还能够提供辅助供电，驱动电源内部其他芯片以及负担+5VSB输出。主动式PFC功率因数高、+5VSB输出纹波频率高、幅度小，但结构复杂，成本高，仅在一些高端电源中使用。目前采用主动式PFC的计算机电源一般采用升压转换器式设计，电路原理图如下：被动式PFC结构简单，只是针对电源的整体负载特性表现，在交流输人端．抗干扰电路之后串接了一个大电感，强制平衡电源的整体负载特性。被动式PFC采用的电感只需适应50～60Hz的市电频率，带有工频变压器常用的硅钢片铁芯，而非高频率开关变压器所采用的铁氧体磁芯，从外观上非常容易分辨。被动式PFC效果较主动式PFC有一定差距，功率因数一般为0．8左右；但成本低廉，且无需对原有产品设计进行大幅度修改就可以符合CCC要求，是目前主流电源通常采取的方式。

6高压整流滤波电路

目前的各种开关电源高压整流基本都采用全桥式二极管整流，将输人的正弦交流电反向电压翻转，输出连续波峰的“类直流”。再经过电容的滤波，就得到了约300V的“高压直流”。

开关电路

开关电源的核心部分．主要由精密电压比较芯片、PWM芯片、开关管、驱动变压器、主开关变压器组成。精密电压比较芯片将直流输出部分的反馈电压与基准电压进行比较．PWM芯片根据比较结果通过驱动变压器调整开关管的占空比，进而控制主开关变压器输出给直流部分的能量，实现“稳压”输出。PWM(PulesWidthModulation)即脉宽调制电路，其功能是检测输出直流电压，与基准电压比较，进行放大，控制振荡器的脉冲宽度，从而控制推挽开关电路以保持输出电压的稳定，主要由1CTL494及周围元件组成。使用驱动变压器的目的是为了隔离高压(300V)区与低压区(最高12V)，避免开关管击穿后高压电可能对低压设备造成的危害，也令PWM芯片无需接触高压信号，降低了对元件规格的要求。

冲变压器耦合型开关稳压电源主要的直流(高压到低压)转换方式有5种，其中适合作为计算机电源使用的主要为推挽式与半桥式，而推挽式多用于小型机、UPS等，我们常见的电源产品则基本都采用半桥式变换。

8低压整流滤波电路

经过调制的高压直流成为了低压高频交流，需要经过再次整流滤波才能得到希望的稳定低压直流输出。整流手段与高压整流类似，仍是利用二极管的单向导通性质，将反向波形翻转。为了保证滤波后波形的完整性，要求互相配合实现360。的导通，因此一般采用快速恢复二极管(主要用于+12V整流)或肖特基二极管(主要用于+5V、+3．3V整流)。滤波仍是采用典型的扼流电感配合滤波电容，不过此处的电感不仅为了扼制突变电流，更为重要的作用是像高压滤波部分的电容一样作为储能元件，为输出端提供连续的能量供应。实际产品中高压整流滤波电路、开关电路、低压整流滤波电路是一个整体，虽然原理与前述基本相同，但元件个数、分布方式会有很大变化。例如采用半桥式电压变换的电源就有两个高压滤波电容，每一路直流输出对应两个整流管，各负责半个周期的输出；而采用单端正激式电压变换的电源则只有一个高压滤波电容，每一路直流输出对应两个整流管，工作时间按照开关管占空比分配。其他较为重要的部分还有辅助供电电路与保护电路：辅助供电电路一个小功率的开关电源，交流输入接通后即开始工作。300V直流电被辅助供电开关管调制成为脉冲电流，通过辅助供电变压器输出二路交流电压。一路经整流、三端稳压器稳压，输出为+5VSB，供主板待机所用；另一路经整流滤波，输出辅助+12V电源，供给电源内部的PWM等片工作。主动式PFC具有辅助供电的功能，可以提供+5VSB及电源内部芯片所需电压；故采用主动式PFC的电源可以省略掉辅助供电部分，只使用两个开关变压器。

9保护电路

电源主要的保护措施有7种：

1、输入端过压保护：通过耐压值为270V的压敏电阻实现：

2、输入端过流保护：通过保险丝：

3、输出端过流保护：通过导线反馈，驱动变压器就会相应动作，关断电源的输出；

4、输出端过压保护：当比较器检测到的输出电压与稳压管两端的基准电压偏差较大时，就会对电压进行调整：

5、输出端过载保护：过载保护的机理与过流保护一样，也是通过控制电路和驱动变压器进行的：

6、输出端短路保护：输出端短路时，比较器会侦测到电流的变化，并通过驱动变压器、关断开关管的输出：

7、温度控制：通过温度探头检测电源内部温度，并智能调整风扇转速，对电源内部温度进行控制；

10电源的好坏对其他部件的影响

CPU对电压就非常敏感，电压稍微高一点就可能烧毁CPU，电压过低则无法启动；而硬盘在电压不足时就无法正常工作，在电压波动大时甚至会划伤盘片，造成无法挽救的物理损害；诸如此类，不一而足。在很多情况下，主机内的配件损坏了，用户只是认为是配件本身的质量问题．而很少考虑可能是电源输出的低压直流电电压不稳所造成的。所以，输出电压的波动范围就是考查电源质量的重要指标之一。目前，一般的电源产品在空载和轻载时的表现都较好(假冒伪劣产品除外)，而重载测验才是烈火试真金的真正考验。

参考文献

开关电源技术范文篇6

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献

(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992

(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998

(3)叶治正,叶靖国:开关稳压电源。高等教育出版社,1998

张国君,男,1962年生,博士后,副总工程师,1997年5月于天津大学测控博士后流动站出站,现从事通信电源和电力直流操作电源系统的研究开发工作,并在清华大学电力电子研究中心进行第二站博士后研究工作。

开关电源技术范文篇7

摘要：开关电源高频小型

1引言

随着电力电子技术的告诉发展，电力电子设备和人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，非凡是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展和应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

2开关电源的分类

人们的开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，碰到较为复杂的技术和工艺制造新问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。

2.1DC/DC变换

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton（通用），二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类摘要：

（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，极性相同。

（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压Uo大于输入电压Ui，极性相同。

（3）Buck-Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。

（4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压UI,极性相反，电容传输。

当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有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公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200~300）kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二极管），是整个电路效率提高到90%。

2.2AC/DC变换

AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因碰到平安标准（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合平安标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容新问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满足程度。

AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。

3开关电源的选用

开关电源在输入抗干扰性能上，由于其自身电路结构的特征（多级串联），一般的输入干扰如浪涌电压很难通过，在输出电压稳定度这一技术指标上和线性电源相比具有较大的优势，其输出电压稳定度可达（0.5~1）%。开关电源模块作为一种电力电子集成器件，在选用中应注重以下几点摘要：

3.1输出电流的选择

因开关电源工作效率高，一般可达到80%以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为摘要：

Is=KIf

式中摘要：Is—开关电源的额定输出电流；

If—用电设备的最大吸收电流；

K—裕量系数，一般取1.5~1.8；

3.2接地

开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽办法，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，外形开关电源均采取EMC电磁兼容办法，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。

3.3保护电路

开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应和用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。

4开关电源技术的发展动向

开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，非凡是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs）下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等办法以减少器件的应力，使得产品的的可靠性大大提高。

开关电源技术范文篇8

本设计是DC/DC直流开关电源设计,首先将开关电源与线性电源进行对比，总结了开关电源的优点,并对其当前的发展以及在发展中存在的问题进行了描述，然后在对开关电源的整体结构进行了介绍的基础上，对开关电源的主回路和控制回路进行设计：在主回路中整流电路采用单相桥式、功率转换电路采用单端正激功率转换电路、采用增加副边绕组的方法实现多路输出，其中功率转换电路（DC/DC变换器）是开关电源的核心部分，对此部分进行了重点设计；控制电路采用PWM控制，控制器采用开关电源集成控制器GW1524、设计了过压保护电路、电压检测电路和电流检测电路，对各个部分的参数进行了计算并进行了元器件的选型。

【关键词】DC/DC变换器、PWM控制、整流、滤波。

Abstract

Inthispaper,Idesignedaswitchpowersupplysystemwiththreeoutputs:Comparetheswitchpowerwithlinearpoweratfirst,hassummarizedtheadvantageoftheswitchpower,havedescribeditspresentdevelopmentandtherearenaturalquestionsindevelopment.Onthebasisofthethingthatthewholestructuretotheswitchpowerhasmadeanintroduction,tothemainreturncircuitandcontrollingthereturncircuittodesignoftheswitchpower:Therectificationcircuitadoptsthesingle-phasebridgetypeinthemainreturncircuit,thepowerchangesthecircuitandadoptsanddefiesthepowertochangethecircuit,realizebyincreasingthewindingofonepairofsidessingleandwellthatmanywaysareexported,itisakeypartoftheswitchpowersupplythatthepowerchangescircuit(DC/DCtransformer),havedesignedthispartespecially;ThecontrolcircuitadoptsPWMtocontrol,thecontrolleradoptstheswitchpowerintegratedcontrollerGW1524,designthecircuittomeasurevoltageandthecircuittoelmeasureectriccurrent,selectingtypeofcalculatingandcarryingonthecomponentsandpartstheparameterofeachpart.

Keyword：DC/DCtransformer,PWMcontrol,rectification,strainingwaves.

1概述

电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。

1.1开关电源的基本原理

开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比调整输出电压，开关电源的基本构成如图1-1所示，DC-DC变换器是进行功率变换的器件，是开关电源的核心部件，此外还有启动电路、过流与过压保护电路、噪声滤波器等组成部分。反馈回路检测其输出电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放大，控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从而调整输出电压。

1.2开关电源与线性电源的比较

是先将交流电经过变压器变压，再经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流电压，要达到高精度的直流电压，必须经过电压反馈调整输出电压。它的缺点是需要庞大而笨重的变压器，所需的滤波电容的体积和重量也相当大，而且电压反馈电路是工作在线性状态，调整管上有一定的电压降，在输出较大工作电流时，致使调整管的功耗太大，转换效率低，还要安装很大的散热片。这种电源不适合计算机等设备的需要，将逐步被开关电源所取代。

1.3开关电源的发展与应用

当前,开关电源新技术产品正在向以下"四化"的方向发展:应用技术的高频化;硬件结构的模块化;软件控制的数字化;产品性能的绿色化。由此,新一代开关电源产品的技术含量大大提高,使之更加可靠、成熟、经济、实用。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),这样缩小了整机的体积,方便了整机设计和制造。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件间不再有传统的引线相连,这样的模块经过严格、合理的、热、电、机械方面的设计,达到优化完善的境地。

开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳定电源,它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。而当我们把开关电源的研究扩大到可调高电压、大电流时,以及将研究新技术应用于DC/AC变换器,即开拓了大功率应用领域,又使开关电源的应用范围扩大到了从发电厂设备至家用电器的所有应用电力、电子技术的电气工程领域。作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础的开关电源,它的产品展现了广阔的市场前景。例如,发电厂的贮能发电设备、直流输电系统、动态无功补偿、机车牵引、交直流电机传动、不停电电源、汽车电子化、开关电源、中高频感应加热设备以及电视、通讯、办公自动化设备等。

1.4开关电源当前存在的问题

当我们对该技术进行深入研究后却发现它仍然存在着一些问题需要解决，而且有的问题还带有全局性：采用定频调宽的控制方式来设计电源，都以输出功率最大时所需的续流时间为依据来预留开关截止时间的，则负载所需的功率小于电源的最大输出功率时就必然造成了工作电流的不连续；"反峰电压"是开关导通期间存入高频变压器的励磁能量在开关关断时的一种表现，而励磁能量只能在、也必须在开关关断后的截止期间处理掉，既能高效处理励磁能量又能有效限制反峰电压的办法是存在的，那就是要及时地为励磁能量提供一个"低阻抗通道"，并且为励磁能量的通过提供一段时间，但"单调"控制方法不具备这一条件；高频变压器的磁通复位问题；传统的电流取样方法是在功率回路中串联电阻，效率不高，这个问题向来是电源技术，尤其是以小体积、高功率密度见长的开关电源技术发展的"瓶颈"；高频开关电源的并联同步输出问题。

以上的问题看似彼此独立，其实它们之间存在着一定的关联性解决这些问题，也许还是一条艰难而漫长的路。

2整流电路的设计

整流是将交流电变成脉动直流电的过程。电源变压器输出的交流电经整流电路得到一个大小变化但方向不变的脉动直流电。整流电路是由具有单向导电性的元件例如二极管、晶间管等整流元件组成的。

2.1整流电路的选择

单相整流电路有两种：电容输入型电路和扼流圈输入型电路

电容输入型的基本电路如图2-1：（a）为半波整流电路（b）为中间抽头的全波整流电路（c）桥式整流电路（d）倍压整流电路。

扼流圈输入型基本电路，用于负载电流I0较大的电路，扼流圈L的作用是抑制尖峰电流。

开关电源技术范文篇9

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献

(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992

(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998

开关电源技术范文篇10

关键词：电力电子技术；开关电源

现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。

当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

1.电力电子技术的发展

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日"能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓"电力公害",例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统"整流行业"的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为"开关变换类电源",其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于"标准"功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献：

[1]林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992。