開關電源的分類及其應用介紹
隨著電力電子技術(shù)的告訴發(fā)展,電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切,而電子設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)了開關電源化,率先完成計算機的電源換代,進入90年代 開關電源相繼進入 ..
隨著電力電子技術(shù)的告訴發(fā)展,電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切,而電子設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)了開關電源化,率先完成計算機的電源換代,進入90年代 開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域,程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源,更促進了開關電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù),控制開關晶體管開通和關斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開關電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關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,反而高于開關電源,這就是成本反轉(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,這為開關電源提供了廣泛的發(fā)展空間。
1.開關電源高頻化是其發(fā)展的方向,高頻化使開關電源小型化,并使開關電源進入更廣泛的應用領域,特別是在高新技術(shù)領域的應用,推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用在節(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.開關電源的分類 人們的開關電源技術(shù)領域是邊開發(fā)相關電力電子器件,邊開發(fā)開關變頻技術(shù),兩者相互促進推動著開關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,遇到較為復雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。 2.1.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) Buck-Boost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。 當今軟開關技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍,美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器,其最大輸出功率有300W、600W、800W等,相應的功率密度為(6、2、10、17)W/cm3,效率為(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術(shù)的高頻開關電源模塊RM系列,其開關頻率為(200~300)kHz,功率密度已達到27 W/cm3,采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二極管),是整個電路效率提高到90%。 2.2.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.開關電源的選用 |
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