高频开关电源

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高频开关电源范文第1篇

摘要：介绍了高频开关电源的控制电路和并联均流系统。控制电路采用TL494脉宽调制控制器来产生PWM脉冲，用软件的方式实现多电源并联运行时达到均流的方法。

关键词：开关电源；脉宽调制；均流

引言

模块化是开关电源的发展趋势，并联运行是电源产品大容量化的一个有效方案，可以通过设计N＋l冗余电源系统，实现容量扩展。本系统是多台高频开关电源（1000A/15V）智能模块并联，电源单元和监控单元均以AT89C51单片机为核心，电源单元的均流由监控单元来协调，监控单元既可以与各电源单元通信，也可以与PC通信，实现远程监控。

1PWM控制电路

TL494是一种性能优良的脉宽调制控制器，TL494由5V基准电压、振荡器、误差放大器、比较器、触发器、输出控制电路、输出晶体管、空载时间电路构成。其主要引脚的功能为：

脚1和脚2分别为误差比较放大器的同相输入端和反相输入端；

脚15和脚16分别为控制比较放大器的反相输入端和同相输入端；

脚3为控制比较放大器和误差比较放大器的公共输出端，输出时表现为或输出控制特性，也就是说在两个放大器中，输出幅度大者起作用；当脚3的电平变高时，TL494送出的驱动脉冲宽度变窄，当脚3电平变低时,驱动脉冲宽度变宽；

脚4为死区电平控制端，从脚4加入死区控制电压可对驱动脉冲的最大宽度进行控制，使其不超过180°，这样可以保护开关电源电路中的三极管。

振荡器产生的锯齿波送到PWM比较器的反相输入端，脉冲调宽电压送到PWM比较器的同相输入端，通过PWM比较器进行比较，输出一定宽度的脉冲波。当调宽电压变化时，TL494输出的脉冲宽度也随之改变，从而改变开关管的导通时间ton，达到调节、稳定输出电压的目的。脉冲调宽电压可由脚3直接送入的电压来控制,也可分别从两个误差放大器的输入端送入,通过比较、放大,经隔离二极管输出到PWM比较器的正相输入端。两个放大器可独立使用,如分别用于反馈稳压和过流保护等，此时脚3应接RC网络，提高整个电路的稳定性。

如图1所示，PWM脉冲的占空比有内部误差放大器EA1来调制，而内部误差?大器EA2则用来打开和关断TL494，用于保护控制。脚2和脚15相连，并与公共输出端脚3相连通，因脚3电位固定，所以，TL494驱动脉冲宽度主要由脚1（PWM调整控制端）来控制；脚16是系统保护输入端，系统的过流、过压、欠压、过温等故障以及稳压或稳流切换时关断信号都是通过脚16来控制。锯齿波发生器定时电容CT=0.01μF，定时电阻RT=3kΩ，其晶振频率fosc==36.6kHz。内部两个输出晶体管集电极（脚8和脚11）接＋12V高电平，其发射极（脚9和脚10）分别驱动V1和V2，从而控制S1和S2,S3和S4管轮流导通和关闭。

2软件介绍

2.1电源单元和监控单元的软件

高频开关电源单元主要有数据采集，电压电流输出给定，键盘和LED显示，故障处理以及与监控单元RS485通信等子程序组成。监控单元主要有键盘和液晶显示，EEPROM以及与电源单元和PC机RS485通信等子程序组成。EEPROM用于存放工作参数和其他不能丢失的信息，它采用X5045芯片，X5045有512字节，内涵看门狗电路，电源VCC检测和复位电路。

如果出现故障，电源单元立即做出相应处理，并主动向监控单元申请中断，将故障数据传送给监控单元，监控单元立即调用故障处理程序，如果故障严重将切除故障电源，并启动备份电源，而且将故障情况传送给PC机。

2.2均流处理程序

高频开关电源单元将各自的电压和电流发送给监控单元，监控单元接收到各电源单元的电压和电流信息后，马上进入均流判定处理程序。本程序将根据均流精度的要求，计算出该由哪个电源单元进行怎样的调节以达到均流要求。该程序主要包括下面两个模块：第一个模块主要完成电压的检查工作，发现电源单元电压偏移超过要求，马上进行相应调节，保证其电压为要求值；第二个模块用于进行均流计算，该模块将找出电流偏移平均值超过规定要求的电源单元，并进行相应的调节。均流流程图如图2所示。

由于在实际运用中，各电源单元的电压值并非完全一致，所以本系统对多电源单元并联后的电压有两条要求。

1）多电源单元并联时，若各电源单元之间的最大电压偏差>0.5％，那么并联后的输出电压要求在各电源单元的电压之间；若各电源单元之间的电压偏差均<0.5％，那么并联后的输出电压应为各电源单元电压的中间值加0.25％误差。本要求同时兼顾了尽量提高稳压精度和防止电压调节过于频繁的要求。

2）并联后的输出电压与任一电源单元工作时的电压之差≤1％（本电源要求稳压精度<1％）。

若找不到符合要求的电压点，则程序认为相互并联的电源的电压偏差过大，将停止均流调节，并按要求提出警告。

第二个模块用于对各模块的电流进行均流计算，在本系统中，软件的均流精度定在5％。程序找出大于或小于平均电流的模块，如果超过了精度范围，程序将设置相应标志位，然后启动通信程序，通知相应电源模块启动调节程序。

高频开关电源范文第2篇

[关键词]高频开关电源；电磁干扰；电磁兼容；电子技术

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0092-01

一、前言

开关电源具有体积小、重量轻、效率高等特点，广泛用于通信、自动控制、家用电器、计算机等电子设备中。但是，其缺点是开关电源在高频条件下工作，产生非常强的电磁干扰（EMI），经传导和辐射会污染周围电磁环境，对电子设备造成影响。本文主要对高频开关电源中的电磁干扰产生机理与抑制策略进行了研究与探讨，以供同仁参考。

二、 高频开关电源电磁干扰产生的机理分析

（1）开关管工作时产生的电磁干扰。开关电源工作过程中，由初级滤波大电容、高频变压器初级线圈和开关管构成了一个高频电流环路，该环路包含有典型的梯形电流波形，因而具有高频谐波分量（典型的数值在数兆赫兹范围），这会产生较大的辐射干扰。如果一次整流回路的滤波不足，则高频电流还会以差模方式传导到交流电网中去。另一方面，当原来导通的开关管关断时，由于电流突变，变压器绕组漏感所产生的反电动势U=-Ldi/dt会叠加在关断电压上，因而会在变压器初级线圈的两端出现较高的尖峰电压和浪涌电流，其所含有的高次谐波会反馈到电网形成谐波干扰，同时这些谐波还将以辐射方式干扰其他设备的工作。

（2）一次整流回路产生的电磁干扰。高频开关电源的输入普遍采用桥式整流、电容滤波性整流电路。在这样的一次整流贿赂重，由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，整流二极管只有在交流输入电压大于滤波电容充电电压时才能导通，输入电流脉冲大于平均电流的5到10倍以上，成为一个时间很短、峰值很高的周期性畸变电流，该电流脉冲含有高次谐波分量，如不加抑制则会对电网产生严重的谐波污染。

（3）二次整流回路产生的电磁干扰。高频开关电源在工作过程中，二次整流回路重的整流二极管也处于高频通断状态。脉冲变压器次级线圈、整流二极管和滤波电容构成的高频开关电流环路所含的高频谐波分量会产生较大的辐射干扰。如果二次整流回路的滤波不足，则高频电流还会以差模方式混在输出直流电压上，影响负载电路的正常工作。

（4）分布电容引起的干扰。开关电源工作在高频状态，因而其分布电容不可忽略。一方面散热片与开关管集电极间的绝缘片接触面积较大，且绝缘片较薄，因而两者间的分布电容在高频时不能忽略。高频电流会通过分布电容流到散热片上，再流到机壳地，产生共模干扰；另一方面高频变压器的初次级之间存在着分布电容，会将原边电压直接耦合到副边上，在副边作直流输出的两条电源线上产生共模干扰。

三、高频开关电源的电磁干扰的抑制策略

（1）变压器产生的电磁干扰的抑制。对于变压器产生的电磁干扰，可以采用平面变压器来减少普通变压器产生的电磁干扰。平面变压器采用小尺寸的E型、RM型或环型铁氧体磁芯，这些磁芯由高频功率铁氧体材料制成，在高频下有较低的磁芯损耗；绕组采用多层印刷电路板迭绕而成，绕组或铜片迭在平面的高频铁芯上构成变压器的磁回路。这种平面变压器直流铜阻低，漏感和分布电容低，可以满足谐振电路的要求，并且磁芯具有良好的磁屏蔽，可以抑制射频干扰。

（2）高频开关电源的电磁脉冲抑制。由于浪涌主要来自雷电，因此电磁脉冲的抑制主要是采用相应的措施在极短的时间内将设备上感应到的大量脉冲能量泄放到安全地线上，进而保护整个设备。一般使用并联压敏电阻、稳压二极管、气体放电管等3种方法来进行抑制，如果设备要求较低，可以采用其中一种方式，如果要求较高，就需要将三者综合在一起使用，才能达到满意的效果。

（3）正确选择和使用电磁干扰滤波器。滤波器能有效地抑制电网中的电磁干扰进入设备，还可以抑制设备内的电磁干扰进入电网。由于这种电磁干扰分为差模干扰和共模干扰，因此滤波器也分为差模滤波器和共模滤波器，如图1 中的电路所示。

L1， L2可在10～600μH间选取， C1可在0.47～1μF间选取，L3， L4可在10～40 mH间选取，C2， C3可在1～5μF间选取由于既要防止外界干扰进入高频开关电源，又要防止内部电磁干扰进入电网，所以应在高频开关电源的入口和出口处加接抗干扰滤波器。

（4）采用谐振开关方式。采用ZVS型、ZCS型或混合使用两种开关，可以有效减少分布电感、分布电容产生的寄生振荡，还可以降低开关损耗。

（5）选择良好的元件

1）开关电子器件的选择。高频开关电源的开关电子元件应以选用MOSFET、IGBT、快速二极管为主。一般应采用IGBT/MOSFET并联技术来减少损耗，提高效率。MOSFET是电压驱动电子器件，导通和关断时，上升和下降速度快，开关损耗小，极适合在开关频率高的情况下使用，但高电压大电流情况下，导通损耗大。IGBT是一种功率场效应晶体管和晶体管的复合器件，采用电压驱动，开关速度快，通态损耗小，关断时间长，损耗大。如果将两者并联，可发挥各自的优点，弥补缺点，使之既具有IGBT通态损耗小的特点，又具有MOSFET开关损耗小的特点。

2）扼流圈与电容的选择。在抗干扰滤波器中可选用正态扼流圈、共态扼流圈和

三端子电容等一些EMI滤波专用器件。正态扼流圈使用损耗较大的SN线圈制成的，他是用为抑制晶闸管噪声而研制的硅钢片压制而成的。SB线圈的铁损小，自谐振时Q值高，使用他可以抑制10～150kHz的电磁干扰。共态扼流圈是在磁芯上绕有与电源线根数相同匝数的线圈，往复的负载电流在磁芯内部产生的磁场互相抵消，他的主要用途是抑制导线与地线间的电磁干扰。三端子电容是在高电位端设有输入和输出两根线，高电位端无剩余电感。作为旁路电容， 他能抑制掉300MHz的电磁干扰。

（6）设计合理的PCB板。无论高频开关电源电路设计多么合理，只要PCB板设计不合理，就有可能造成过多的电磁干扰，因此应合理设计PCB板。在设计时应主要考虑以下几点：合理布置电源开关交流回路、输出整流交流回路、输入信号电流回路、输出负载电流回路四个回路；合理选择印刷线的长度和宽度，减少频率响应；正确选择接地点，避免自激；尽量加粗接地线，注意布线方向，少拐弯。

（7）合理屏蔽。在高频开关电源中，产生电磁干扰的元器件是指变压器、整流二极管、功率器件等，通常在其周围采用铜板或铁板作为屏蔽，使电磁波产生衰减。对抗电磁干扰较弱的元器件，应采取相应的屏蔽措施。此外，为使电磁干扰不向外部辐射，可将开关电源整体屏蔽，使向外辐射的电磁波衰减。

四、综述

综上所述，高频开关电源的电磁干扰的抑制不外乎滤波、屏蔽和接地3种措施。只要针对设备产生电磁干扰的原因，合理选择滤波、屏蔽和接地措施，就可以将电磁干扰抑制或减弱。

参考文献

[1] 五家庆.智能型高频开关电源系统的原理使用与维护[M].北京：人民邮电出版社，2000.

高频开关电源范文第3篇

关键词：黄河通信、 智能化开关电源、 高频开关电源阀控式密封蓄电池

Abstract: this paper the paper describes in detail the development of the Yellow River communication power supply, and communication power supply system of communications in which the importance of the position. And expounds the intelligent switch power equipment and valve control type sealing advantages of the storage battery pile and the daily maintenance and management.

Key words: the Yellow River communication, intelligent switching power supply, high frequency switching power supply valve controlled sealed battery

中图分类号：TM564.8文献标识码：A 文 章编号：

一、概述

在通信行业中，人们通常把电源设备比喻为通信系统的“心脏”，这充分证明了通信电源在通信系统中所处地位的重要性。通信电源系统运行质量的好坏直接关系到通信网的运行质量和通信安全，随着通信网整体水平的提高，通信电源系统也有了突飞猛进的发展。用智能化开关电源设备和阀控式密封蓄电池组替代原有的整流器和防酸式蓄电池组，成为目前通信电源设备更新换代的新热点。

二、高频开关电源及阀控式密封蓄电池的优点

随着通信技术的飞速发展，在黄河通信系统中更多的高新技术的通信设备对通信电源提出更高的要求。传统的相控可控硅稳压稳流电源，已满足不了现代信息传递质量和可靠性的要求，已被性能优良的高频开关电源所替代。下面我就高频开关电源及阀控式密封蓄电池的日常维护管理谈谈自己的看法

（一）高频开关电源的优点

1、高频开关电源具有体积小、重量轻、效率高、输出纹波低、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出、N＋1冗余、便于扩容、远程监控等特点。

2、电源系统智能化、高频化，大大减小日常维护的工作量，更好的发挥通信电源维护的工作效率。

3、模块化结构设计。它的任意一整流模块相当于一台相控电源设备，即它的任意一整流模块均可独立工作。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，不仅提高了功率容量，在器件容量有限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，极大地提高了系统可靠性。即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供了充分的时间。

4、可实时监测蓄电池的端电压，充、放电电流，自动控制均、浮充状态。

5、具有电池温度补偿功能。

（二）阀控式密封蓄电池的优点

由于采用贫液式阴极吸收式的独特结构，保证气体在电池内部循环复合，电池内无流动的电解液、无电解液渗漏的问题存在，运行中无酸雾逸出，因此可卧放、叠放，可以和通信设备同屋放置在一起，节省空间；贫液设计在维护中不需补水、不需调比重，适合大电流放电；在一般情况下氢氧复合较好，不会产生氢气。

三、高频开关电源及阀控式密封蓄电池日常维护

1、高频开关电源系统对环境温度要求不高，在-5oC～40oC都能正常工作，但要求室内清洁、少尘。否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱，而且大量的灰尘也会造成原器件散热不好，因此最好每季度进行一次清洁。

2、高频开关电源系统中设置的参数在使用中不能随意改变。

3、在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。由于电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载或在基本满载状态下工作，都会造成整流模块出故障。

4、蓄电池对温度要求较高，其使用环境温度在15-25oC范围内， 标准使用温度为25oC。若温度太低，会使蓄电池容量下降，温度每下降1度，其容量下降1%。其放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。如果在高温下长期使用，温度每增高10oC，电池寿命约降低一半。

5、正确设置浮充电压保证电压电流符合规定标准，电压、电流过高或过低都会影响电池的使用寿命。

6、蓄电池运行期间，每季度应检查一次连接导线、螺栓是否松动或腐蚀污染，松动的螺栓必须及时拧紧，腐蚀的接头必须及时用砂纸等打磨处理。

7、循环充放电使用时，应掌握好每次的充电量和放电量；应防止电池短路或深度放电，因为电池的使用寿命和放电深度有关，放电深度越深寿命越短；应使每次的充电量为前次放电量的110%~120%左右，放电容量则应控制在电池容量的30%~50%。

8、对市电停电频繁的局应至少每季均充一次，不经常停电地区每半年均充一次，充入电量应根据实际情况，考虑到蓄电池本身的情况自行设定。

9、落后电池只有在放电状态下才能被正确判定。放电时一组电池中电压降低最快的一只就是落后电池。当出现落后电池时，先用整流器给整组电池均充，然后放电，循环几次后仍不行的，应当单独处理。

四、日常管理要点

阀控式密封蓄电池在使用过程中由于重力作用和无法添加蒸馏水，因而电解液均匀性较差，失水是其提前失效的重要因素。所以它对工作环境、温度、浮充电压、充电电压有严格的要求。我们应充分利用智能化开关电源的管理功能，结合实践经验，对各种功能参数进行合理设置。

1、 设定浮充电压为2.24V/单格(标称温度25℃)。阀控式密封蓄电池受温度的影响较大，长期工作，温度每升高10℃，电池的寿命将缩短一半，所以宜安装在有空调的房间，采用利于散热的布放方式。启动温度自动补偿功能，若无此功能，应按实际温度变化情况及时人工调节修正浮充电压值。

2、设定均衡充电电压为2.30～2.35V/单格(标称温度25℃)，时间12~36 h，充电电流不得大于0.2C10A。启动周期均充功能，均充周期设置为三个月，转浮充条件设置为当充电电流≤2mA/Ah。

3、充分利用监控遥测功能，及时掌握电池组的浮充电压、电流、壳温等参数是否处于正常状态，发现问题及时处理；做好浮充状态下各单体电池端电压数据分析工作，当发现电池组中有两只以上单体端电压≤2.20V时，应立即进行均衡充电或单体补充电。

高频开关电源范文第4篇

关键词：直流稳压电源 线性电源 开关电源 基本类型

一、线性直流稳压电源

（一）晶体管串联式直流稳压电源。其在线性放大状态工作，具备反应快，电压稳定度高，负载稳定度高，输出纹波电压小，噪声较小等特点。针对电路技术而言，其控制电路使用元件较少。针对调整管的开关特性，滤波器的高频性能等要求较少，因此可靠性较高。其最大缺点是工作效率较低。只能通过降低调整管上的压降，减少调整管上的损耗来提高效率。具体解决策略为：一是PNP和NPN晶体管互补：串联式稳压电源输出电源电流较大时，通常调整管都要接成共集电极的达林顿组合管。因为在晶体管电参数相同情况下在保持电流放大倍数相等的情况下，互补连接的组合调整管的集射极压降减少了，因而电源的效率得到提高；二是偏置法：一般共集电极组合管集射间的压降一定程度上取决偏置电流。采用偏置连接法当输出电流一定时可以有效的提高电源效率；三是开关稳压器作前置予调节：在输入-输出电压差比较大，输出电流也比较大的场合，采用开关稳压器作串联式稳压器的前置予调节也是提高电源效率的有效办法。开关予调节还可以设置在电源变压器的原边。

（二）集成线性稳压器。集成稳压器在早期市场上应用较多，产量较大，主要分为半导体单片式集成稳压器、混合式集成稳压器两类。两类集成稳压器的电路形式、封装、电压、电流规格各不相同。集成稳压器分为定电压、可调、跟踪、浮动集成稳压器多种。然而无论何种形式，其大都由基准电压源、比较放大器、调整元件即功率晶体三极管和某种形式的限流电路组成。部分集成稳压器内部还有逻辑关闭电路和热截止电路。集成稳压器与由分立元件组成的稳压器比较，集成稳压器的优点非常明显，成本低，体积小，使用方便，性能好，可靠性高。

（三）恒流源网络稳压电源。恒流网络稳压是串联稳压电源的基本特点之一，其能够有效提高电源稳定性，在集成稳压器中应用较为广泛。分立元件组成的串联稳压器大都应用了恒流技术。应用晶体管场效应管与恒流二极管等元件能够实现恒流。恒流二极管在分立元件的串联稳压器中应用较为便利。

二、开关直流稳压电源

开关直流稳压电源主要指功率调整元件以“开、关”方式工作的直流稳压电源。早期的磁放大器开关直流稳压电源是利用铁芯的“饱和”、“非饱和”两种状态进行“开、关”控制，是一种低频磁放大器。此期间出现的可控硅相控整流稳压电源也属于开关直流稳压电源。之后，高频开关功率变换技术得以迅猛发展，出现了变换器方式的高频开关直流稳压电源。

（一）去除工频变压器。去除工频电源变压器而采用直接从电网整流输入方式，是开关电源减少体积和重量的重要举措之一。去除工频变压器已成为当代先进开关电源的基本特点。无工频变压器的开关电源与各种有工频变压器的直流稳压电源相比，其具有体积小、重量轻、效率高等优点。开关电源的电路形式已实现多种多样。从调制技术来看，其包括脉宽调制型、频率调制型、混合调制型几类，其中脉宽调制占绝大多数。目前出现了完全无变压器的开关电源，即连高频变换器都不需要。这种电源的最大特点是体积还可比现在的无工频变压器开关电源小的多，而且没有绕制的变压器等器件，能够集成电路工艺制作。

（二）提高开关电源频率。现代开关电源的最显著特点是开关频率不断提高，无论是晶体管开关电源、可控硅开关电源、场效应管开关电源，均在实现向高频化方向发展。随着功率IGBT和MOSFET的出现，开关电源的工作频率已从早期典型的20KHz逐步提高到兆赫范围甚至G赫范围。

（三）控制电路实现集成。早期开关电源的控制电路由分立元件构成，电路设计和调试维修都较为复杂，不利于开关电源的推广应用。为了适应开关电源的迅速发展，集成化的开关电源控制电路被研制成功，而且功能日益完善。开关电源控制电路集成化，极大地简化了开关电源的设计，提高了开关电源的电性能和可靠性，并且具有体积小、成本低等优点。

（四）关键元器件高频化。为适应开关电源快速发展需要，开关电源应用的主要元器件也在快速发展，高频化是其基本目标。开关电源中的开关元件-功率晶体管、可控硅、场效应管等均在提高工作频率上发挥着重要作用。特别是功率管IGBT复合管，MOSFET场效应管的出现，最为引人注目，其不仅把开关频率提高到1MHz-lGHz，并且具有开关特性好、驱动功率小、不存在二次击穿、避免热奔等特殊优点。此外，大电流肖特基势垒的出现极大地改善了低电压电流开关电源的整流效率，其具有开关速度快、反向恢复时间短，正向压降地等优点。在滤波过程中，电容器等器件也要在材料、结构工艺诸方面进行研制，以适应开关电源高频化需求。

（五）实现全数字化控制。开关电源的控制已从模拟控制，模数混合控制，发展为全数字控制阶段。全数字控制是未来的发展趋势所在，并且已在许多功率变换设备中得到广泛应用。然而，过去数字控制在DC/DC变换器中应用较少。近年来，开关电源的高性能全数字控制芯片已经逐步开发应用，欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。全数字控制数字信号与混合模数信号相比能够标定更小量，芯片价格较低；针对电流检测误差能够实现精确数字校正，电压检测更为精准；能够实现快速灵活的控制设计等。

高频开关电源范文第5篇

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。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

高频开关电源范文第6篇

[关键词]开关电源；电磁干扰；抑制a

中图分类号：TL62+9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0064-01

1.开关电源干扰的产生

1.1 开关电源内部干扰

1.1.1 基本整流器

基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。这是因为工频交流正弦波通过整流后不再是单一频率的电流，而变成一直流分量和一系列频率不同的谐波分量，谐波（特别是高次谐波）会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰，使前端电流发生畸变，一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变，另一方面通过电源线产生射频干扰。

1.1.2 功率变换电路

1）开关管。开关管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容，当开关管流过大的脉冲电流（大体上是矩形波）时，该波形含有许多高频成份；同时，关电源使用的器件参数如开关功率管的存储时间，输出级的大电流，开关整流二极管的反向恢复时间，会造成回路瞬间短路，产生很大短路电流，另外，开关管的负载是高频变压器或储能电感，在开关管导通的瞬间，变压器初级出现很大的涌流，造成尖峰噪声。

2）高频变压器。开关电源中的变压器，用作隔离和变压，但由于漏感的原因，会产生电磁感应噪声；同时，在高频状况下变压器层间的分布电容会将一次侧高次谐波噪声传递给次级，而变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通路，使变压器周围产生的电磁场更容易在其他引线上藕合形成噪声。

3）整流二极管。二次侧整流二极管用作高频整流时，由于反向恢复时间的因素，往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除（因载流子的存在，还有电流流过）。一旦这个反向电流恢复时的斜率过大，流过线圈的电感就产生了尖峰电压，在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高频干扰，其频率可达几十MHz。

4）电容、电感器和导线。开关电源由于工作在较高频率，会使低频元件特性发生变化，由此产生噪声。

1.2 开关电源外部干扰

开关电源外部干扰可以以“共模”或“差模”方式存在。干扰类型可以从持续期很短的尖峰干扰到完全失电之间进行变化。其中也包括电压变化、频率变化、波形失真、持续噪声或杂波以及瞬变等，电源干扰的类型见表1。在表1中的几种干扰中，能够通过电源进行传输并造成设备的破坏或影响其工作的主要是电快速瞬变脉冲群和浪涌冲击波，而静电放电等干扰只要电源设备本身不产生停振、输出电压跌落等现象，就不会造成因电源引起的对用电设备的影响。

2.抑制干扰的一些措施

形成电磁干扰的三要素是骚扰源、传播途径和受扰设备。因而，抑制电磁干扰也应该从这三方面人手，采取适当措施。首先应该抑制骚扰源，直接消除干扰原因；其次是消除骚扰源和受扰设备之间的藕合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是切断电磁骚扰源和受扰设备之间的藕合通道。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。

1）采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰，即用电导率良好的材料对电场进行屏蔽，用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。屏蔽有两个目的，一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出，二是防止外来的辐射干扰进人该内部区域。其原理是利用屏蔽体对电磁能量的反射、吸收和引导作用。为了抑制开关电源产生的辐射，电磁骚扰对其他电子设备的影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩，然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体，就能对电磁场进行有效的屏蔽。

2）所谓接地，就是在两点间建立传导通路，以便将电子设备或元器件连接到某些叫作“地”的参考点上。接地是开关电源设备抑制电磁干扰的重要方法，电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该环路时将产生磁感应噪声。实际上很难实现“一点接地”，因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。

3）滤波是抑制传导干扰的有效方法，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。EMI滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，可以抑制来自电网的干扰对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。在滤波电路中，还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。选择滤波器时要注意以下几点：

①明确工作频率和所要抑制的干扰频率，如两者非常接近，则需要应用频率特性非常陡峭的滤波器，才能把两种频率分开；

②保证滤波器在高压情况下能够可靠地工作；

③滤波器连续通以最大额定电流时，其温升要低，以保证在该额定电流连续工作时，不破坏滤波器中元件的工作性能；

④为使工作时的滤波器频率特性与设计值相符合，要求与它连接的信号源阻抗和负载阻抗的数值等于设计时的规定值：

⑤滤波器必须具有屏蔽结构，屏蔽箱盖和本体要有良好的电接触，滤波器的电容引线应尽量短，最好选用短引线低电感的穿心电容；

⑥要有较高的工作可靠性，因为作防护电磁干扰用的滤波器，其故障往往比其他元器件的故障更难找。

安装滤波器时应注意以下几点：

①电源线路滤波器应安装在离设备电源人口尽量靠近的地方，不要让未经过滤波器的电源线在设备框内迂回；

②滤波器中的电容器引线应尽可能短，以免因引线感抗和容抗在较低频率上谐振；

③滤波器的接地导线上有很大的短路电流通过，会引起附加的电磁辐射，故应对滤波器元件本身进行良好的屏蔽和接地处理；

④滤波器的输人和输出线不能交叉，否则会因滤波器的输人和输出电容藕合通路引起串扰，从而降低滤波特性，通常的办法是输人和输出端之间加隔板或屏蔽层。

3.结语

开关电源产生电磁干扰的因素还有很多，抑制电磁干扰还有大量的工作要做。全面抑制开关电源的各种噪声将使开关电源更加安全可靠地运行。

参考文献

高频开关电源范文第7篇

关键词：开关电源 原理 发展趋势 控制方式

目前,电力系统应用的电源主要可以分为两部分,一是直流稳压电源和开关电源两种,从二者的性能来看,开关电源能量消耗低,产生的效率是普通线性稳压电源的1倍,因此,其普及度较高,是电子计算机、通讯、家电行业普遍采用的一种措施,本文就对开关电源的原理以及其发展趋势进行分析,促进实际工作的开展。

1、开关电源的发展

开关电源被业界誉为高效节能型电源,其是稳压电源的发展方向,目前已经成为稳压电源的代表产品,从其发展历程来看,其主要经历四个阶段,最早的分离元件组成的开关电源,相对而言,其频率低,效率差,电路复杂,难以调适,但其是开关电源发展的重要阶段;到上世纪70年代,脉宽调制器集成电路问世,提升了控制电路的工作效率;80年代单片开关稳压器出现,效率大大提升,但仍属于DC/DC电源变换器,直到多种类型的单片开关电源集成电路,实现了AC/DC电源变化器的集成。

2、高频开关电源电路原理分析

2.1 组成

高频开关电源主要由主电路和控制电路、检测电路、辅助电路组成,每一个环节担负着不同的责任。

2.1.1 主电路

其是从交流电输入,直流电输出,其中主要保留输入的滤液器,主要用于电网杂志的过来,同时对本机产生杂波也有一定的阻碍作用;电网交流电源直接整流为平滑的直流电,促进下级变换工作的开展;作为高频开关的核心组成,逆变是将整流后的直流电转为高频交流电,相对而言,频率越高,体积、重量与输出功率的比值越小;根据负载的需要,输出整流与滤液可以提供更加可靠的直流电源。

2.1.2 控制电路

所谓的控制电路就是从输出端取样,与固有的标准进行比较,实现逆变器的控制,改变其频率或者脉宽,实现输出稳定,同时,根据测试电路提供的数据,经过保护电路的鉴别,提供控制电路对整机进行各种保护措施。

2.1.3 检测电路

主要是为了保护电路运行中的参数,同时也可以提供各种显示仪表的数据。

2.1.4 辅助电源

为了满足单一线路对电源的不同需求。

2.2 开关控制的稳压原理

以一定的时间范围内重复的连接与断开,在接通时,输入电源通过开关与滤波电路提供负载,在开关接通过程中,电源向负载提供能量,在断开过程中,能量停止供给。由此我们发现,输入电源向负载提供能量是与开关的状态相关的,而要想负载得到持续的能量,就需要稳压电源自身有储能能力,在断开时释放储存的电能,保证正常运行,随着科学技术的发展,这一研究正在逐步成熟化,续流二极管的出现刚好验证了这一点。

3、开关电源的控制方式

目前,较为常见的开关电源控制方式主要可以分为以下几种:

3.1 脉冲宽度调制

这一控制方式周期保持不变,主要通过脉冲宽度的改变来实现占空比。

3.2 脉冲频率调制

与上一控制方式不同,这一控制措施的宽度保持不变,主要通过改变开关的工作频率来改变占空比,目前其应用较为普遍。

3.3 混合调制

在一些重大场合,一种方式无法满足其需求,必须采用以上两种方式才能实现其控制的目的,提高其控制效果。

4、开关电源未来的发展趋势

从上文的分析中我们已经认识到开关电源不断地创新,不断地发展,为电力系统的运行做出了不可替代的贡献,近年来,随着科学技术的不断发展,电力研究的逐渐深入,计算机技术的应用都在一定程度上提升了电源开关的工作效率。在1955年美国罗耶（GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器,是实现高频转换控制电路的开端,到了1957年,美国查赛（Jen Sen)发明了自激式推挽双变压器,1964年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想,这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。到1969年迎来了开关电源革命的一年,大功率晶体管的耐压程度获得了很大的提高,二极管的反向恢复时间大大缩短,25千赫的开关电源终于问世了,改变了开关电源的历史。

至今为止,开关电源以其小巧实用的优势被广泛的应用于以电子计算机为主导的多种电子设备中,是信息化社会发展的重要元件,从市场的组成来看,开关电源种类各异,样式多种,都以实用为主,但是从发展的角度来看,其频率仍有待完善。要想改变开关的频率就要从减少损耗的角度出发,减少能耗就要提高高速开关元件的质量,一旦开关速度提高,会受到电路中分布的电感和电容中的电荷影响产生噪声,影响周围电子设备的质量,大大降低电源自身的可靠性。为了阻止开关所产生的电压浪涌,可以采用R-C或L-C缓冲器,而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过,对1MHz以上的高频,要采用谐振电路,以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波,这样既可减少开关损耗,同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃,因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零,而且噪声也小,可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前,世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。

目前,中小功率的开关电源被广泛的应用于家电中,成为开关电源的另一发展方向,单片开关电源,效率显著提升,被迅速的发展与应用,满足了人们对高性价比电源的追求目标。

参考文献

[1]郭宇恒.固定关断时间电流检测型降压电路设计[D].电子科技大学,2011.

高频开关电源范文第8篇

高频开关电源由以下几个部分组成：

一、主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

二、控制电路

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

三、检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。

四、辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。

第二节开关控制稳压原理

开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：

EAB=TON/T*E

式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。

由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（TimeRatioControl,缩写为TRC）。

按TRC控制原理，有三种方式：

一、脉冲宽度调制（PulseWidthModulation,缩写为PWM）

开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

二、脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation,缩写为PFM）

导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。

三、混合调制

导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。

第三节开关电源的发展和趋势