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開關(guān)電源
閱讀�19412時間�2010-09-01 16:16:00

  開關(guān)電源1是利用現(xiàn)代電力電子技�(shù),控制開�(guān)管開通和�(guān)斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電�,開�(guān)電源一般由脈沖寬度�(diào)制(PWM)控制IC�MOSFET�(gòu)成。開�(guān)電源�線性電�相比,二者的成本都隨著輸出功率的增加而增�,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�(guān)電源,這一點稱為成本反�(zhuǎn)�。隨著電力電子技�(shù)的發(fā)展和�(chuàng)新,使得開關(guān)電源技�(shù)也在不斷地創(chuàng)�,這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動,這為開關(guān)電源提供了廣闊的�(fā)展空�

工作原理

  開關(guān)電源的工作過程相�(dāng)容易理解,在線性電源中,讓功率晶體管工作在線性模式,與線形電源不同的�,PWM開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在�(dǎo)通和�(guān)斷的狀�(tài),在這兩種狀�(tài)中,加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的(在導(dǎo)通時,電壓低,電流大;關(guān)斷時,電壓高,電�?�?功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所�(chǎn)生的損��

  與線性電源相比,PWM開關(guān)電源更為效的工作過程是通過“斬波�,即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實�(xiàn)的。脈沖的占空比由開關(guān)電源的控制器來調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波,其幅值就可以通過變壓器來升高或降�。通過增加變壓器的二次繞組�(shù)就可以增加輸出的電壓組數(shù)。這些交流波形�(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電��
  控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)�,其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大�,可以設(shè)計成與線性調(diào)節(jié)器相�。他們的不同之出在于,誤差放大器的輸出(誤差電壓)在�(qū)動功率管之前要經(jīng)過一個電�/脈沖寬度�(zhuǎn)換單��
  開關(guān)電源有兩種主要的工作方式:正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很�,但是工作過程相差很�,在特定的應(yīng)用場合下各有�(yōu)點�

三個條�

開關(guān)

  電力電子器件工作在開�(guān)狀�(tài)而不是線性狀�(tài)

高頻

  電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻

直流

  開關(guān)電源輸出的是直流而不是交� 也可以輸出高頻交流如電子變壓�

�(chǎn)品分�

  人們在開關(guān)電源技�(shù)�(lǐng)域是邊開�(fā)相關(guān)電力電子器件,邊開發(fā)開關(guān)變頻技�(shù),兩者相互促�(jìn)推動著開�(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)�。開�(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大�,也有AC/AC DC/AC 如逆變� DC/DC變換器現(xiàn)已實�(xiàn)模塊�,且�(shè)計技�(shù)及生�(chǎn)工藝在國�(nèi)外均已成熟和�(biāo)�(zhǔn)�,并已得到用戶的�(rèn)�,但AC/DC的模塊化,因其自身的特性使得在模塊化的�(jìn)程中,遇到較為復(fù)雜的技�(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)�(gòu)和特性作以闡��

�(fā)展動�

  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�(guān)電源�、小、薄的關(guān)鍵技�(shù)是高頻化,因此國外各大開�(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�,并在功率鐵氧體(Mn?Zn)材料上加大科技�(chuàng)新,以提高在高頻率和較大磁通密� (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�(shù)。SMT技�(shù)的應(yīng)用使得開�(guān)電源取得了長足的�(jìn)�,在電路板兩面布置元器件,以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。開�(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技�(shù)�(jìn)行創(chuàng)�,實�(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技�(shù)已成為開�(guān)電源的主流技�(shù),并大幅提高了開�(guān)電源的工作效�。對于高可靠性指�(biāo),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�(yīng)�,使得產(chǎn)品的可靠性大大提��

  模塊化是開關(guān)電源�(fā)展的總體趨勢,可以采用模塊化電源組成分布式電源系�(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�。針對開�(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�(shù),在理論上即可實�(xiàn)高頻化又可降低噪�,但部分諧振�(zhuǎn)換技�(shù)的實際應(yīng)用仍存在著技�(shù)問題,故仍需在這一�(lǐng)域開展大量的工作,以使得該項技�(shù)得以實用��
  電力電子技�(shù)的不斷創(chuàng)新,使開�(guān)電源�(chǎn)�(yè)有著廣闊的發(fā)展前�。要加快我國開關(guān)電源�(chǎn)�(yè)的發(fā)展速度,就必須走技�(shù)�(chuàng)新之�,走出有中國特色的產(chǎn)�(xué)研聯(lián)合發(fā)展之�,為我國國民�(jīng)濟的高速發(fā)展做出貢�(xiàn)�

有效提高效率

切斷啟動電阻

  對于反激式電�,啟動后控制芯片由輔助繞組供�,啟動電阻上壓降�300V左右。設(shè)啟動電阻取值為47kΩ,消耗功率將�2W。要改善待機效率,必須在啟動后將該電阻通道切斷。TOPSWITCH,ICE2DS02G�(nèi)部設(shè)有專門的啟動電路,可在啟動后關(guān)閉該電阻。若控制器沒有專門啟動電路,也可在啟動電阻串接電容,其啟動后的損耗可逐漸下降至零。缺點是電源不能自重啟,只有斷開輸入電壓,使電容放電后才能再次啟動電��

降低時鐘頻率

  時鐘頻率可平滑下降或突降。平滑下降就是當(dāng)反饋量超過某一閾�,通過特定模塊,實�(xiàn)時鐘頻率的線性下降�

切換工作模式

  1.QR→PWM對于工作在高頻工作模式的開關(guān)電源,在待機時切換至低頻工作模式可減小待機損�。例�,對于準(zhǔn)諧振式開�(guān)電源(工作頻率為幾百kHz到幾MHz),可在待機時切換至低頻的脈寬調(diào)制控制模式PWM(幾十kHz��
  IRIS40xx芯片就是通過QR與PWM切換來提高待機效率的。當(dāng)電源處于輕載和待機時�,輔助繞組電壓較小,Q1�(guān)�,諧振信號不能傳輸至FB端,F(xiàn)B電壓小于芯片�(nèi)部的一個門限電�,不能觸�(fā)�(zhǔn)諧振模式,電路則工作在更低頻的脈寬調(diào)制控制模��
  2.PWM→PFM
  對于額定功率時工作在PWM模式的開�(guān)電源,也可以通過切換至PFM模式提高待機效率,即固定開通時間,�(diào)節(jié)�(guān)斷時�,負(fù)載越低,�(guān)斷時間越�,工作頻率也越低。將待機信號加在其PW/引腳�,在額定�(fù)載條件下,該引腳為高電平,電路工作在PWM模式,當(dāng)�(fù)載低于某個閾值時,該引腳被拉為低電平,電路工作在PFM模式。實�(xiàn)PWM和PFM的切換,也就提高了輕載和待機狀�(tài)時的電源效率�
  通過降低時鐘頻率和切換工作模式實�(xiàn)降低待機工作頻率,提高待機效�,可保持控制器一直在運作,在整個負(fù)載范圍中,輸出都能被妥善的調(diào)節(jié)。即使負(fù)載從零激增至滿負(fù)載的情況下,能夠快速反�(yīng),反之亦�。輸出電壓降和過沖值都保持在允許范圍內(nèi)�

可控脈沖模式

  (BurstMode�
  可控脈沖模式,也可稱為跳周期控制模式(SkipCycleMode)是指當(dāng)處于輕載或待機條件時,由周期比PWM控制器時鐘周期大的信號控制電路某一�(huán)節(jié),使得PWM的輸出脈沖周期性的有效或失�,這樣即可實現(xiàn)恒定頻率下通過減小開關(guān)次數(shù),增大占空比來提高輕載和待機的效�。該信號可以加在反饋通道,PWM信號輸出通道,PWM芯片的使能引腳(如LM2618,L6565)或者是芯片�(nèi)部模塊(如NCP1200,F(xiàn)SD200,L6565和TinySwitch系列芯片)�

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