开关电源技术的发展于应用

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开关电源技术的发展于应用

                    开关电源技术的发展于应用

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。
提到“模拟电路”这个名词,许多人也许会感到陌生,但你一定听说过扩音机。当我们在大会场中,从扬声器里清楚地听到发言者对着话筒发出的声音,扬声器之所以能够发出很大的声音,首先靠一种能对声音做出灵敏反应的声音敏感气件,它能把声音转换成会弱的电压信号,再经过放大电路,将输入信号变成大功率的输出信号。扬声器里发出很强的声音不是声音的简单扩大,二是而是用小的输入信号,通过晶体管放大电路来控制电源提供的能量大小。在输出负载上取得大的输出信号。
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。
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。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。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了功率模块(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)。小功率的直流稳压电源一般有电源变压器、整流、滤波和稳压等部分组成。硅稳压管并联稳压电路利用硅稳压管的稳压特性来稳定负载电压,适用于输出电流较小,输出电压固定,稳压要求不高的场合。串连型稳压电路中,调整管与负载相串连,输出电压经取样电路取出反馈电压并与基准电压比较、放大后去控制调整馆进行负反馈调节,使输出电压达到基本稳定。串连型稳压电路输出电流较大,输出电压可以调节,适用于稳压精度要求高、对效率要求不高的场合。.在开关型稳压电源电路中调整管工作在开关状态,通过控制调整管导通、截止时间的比例来调节输出电压,因而功耗大大减小。.开关型稳压电源具有效率高、体积小、重量轻等优点,但他的波纹电压较大,高频泄漏较大,有可能对周围其他电路造成干扰。
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.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。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。
在一些设计中,开关电源是一种采用DC-DC变换的高频电源变换电路,它通过控制开关管开通或关断的时间比率,来控制能量流动,从而高效率的产生一路可调整的高品质的直流输出电压,它主要有两大部分组成:主回路和控制回路——主回路是将交流电通过变压整流滤波传递给负载的电路,控制回路是通过UC3843产生PWM波形按输入输出条件控制主回路工作状态的电路。
大部分的设计师的努力,在开关电源的设计是用于识别和抵制最大限度地减少损失供应有的这些损失还可以讲。目前,以半导体功率元件可能影响长期可靠性的电力供应。明知而产生的损失,以及如何控制它们是很重要的。
大部分的损失都发生在功率元件内部的开关电源。最脆弱的部件是功率半导体。确定主要来源亏损,可以更容易修改每一个部件,或者测量的电流,电压与每个功率器件用示波器交流电流探头和电压探头。每当有一个同步的压降的一个组成部分,与目前流经它,是一个损失。有的这些损失是可控通过修改电路,也有的控制只需要选择一个不同的部分。
半导体损失分为两类:传导损耗和开关损耗。例如,传导损失是饱和电压的双极功率晶体管, "关于"亏损的功率MOSFET可见一斑。开关电源损耗通常在开关的瞬间,当功率开关元件处于半开半闭状态时。 这时,电压的传输处于全部开启和全部关断状态,而且此时,电流过渡与全部开启和关闭状态。这就可能产生一个很大的电压和电流差值,其意义就像传导损失。开关损耗也主要是与频率相关的损耗在每个PWM开关电源。
电源损耗产生的压力是以热量的形式产生在内部的组成部分。这不是一个问题,如果有合理的热耗设计被使用。为双极型功率晶体管,但是,过多的开关损耗还可能使晶体管产生很大的压力,当晶体管处于二级击穿和电流拥挤失败状态。应当注意,在仔细分析了一个晶体管的正反向偏压运作。
电子技术是当代迅速发展的学科,他在自动控制、通信计算机、家用电器等各个领域的应用日益广泛。如果在模拟电子电路的输入端接入其他如气敏的、湿敏的、磁敏的、光敏的热敏的、压敏的等敏感元件,人们就可以制作出煤气报警器、去湿器、金属裂纹探测器、自动路灯控制器、温度控制器、电子称等设备。我们日常生活中使用的电话、收音机、电子玩具、电视机、VCD机、摄像机等家用电器都是电子技术应用的产品。
在纯净的半导体中掺入不同的有用杂志,可分别形成P型和N型两种杂志半导体。它们是各种半导体器件的基本材料。PN节的重要特性是单向导电性,它是构成各种半导体器件的基本结构。单个PN结加上封装和引脚就构成二极管。二极管的伏安特性体现了这种单向导电性。二极管正偏时,PN结导通,表现出很小的真正向电阻;二极管反偏时,PN结截止,反向电流极小,表现出很大的反向电阻。二极管的主要用途就是用作整流元件。整流二极管的主要参数有最大整流电流、最高反向工作电压、反向电流、最高工作频率等。
进入二十一世纪后,为人类社会随着社会对能源需求的不断扩大, 科学技术迅猛发展,以及电子计算机大规模应用每一种域电子电路 设计已有很大改变,但首先我们只有在现在已经不只是电路设计 张可申请电路设计、 我们已经能够利用各种高科技的局面已做出整体评估 最好的是高科技,更可节省成本,节省成本都尽可能 不能影响环境都不会影响到环境尽可能 但也有完全实现最大程度的能源节约电路.
在大规模集成电路下快速发展的动力,是继电子设计自动化EDA技术外观 ,我们绝对可以不需要任何电路模板,可在家中透过程式设计,符合我们的要求来使用计算机, 但经过电路设计模板将使电子产品功能较为完善不 只用西医的电路设计技术,而且外观电路结构简单、 体积非常小,甚至只有一个废弃集成电路、 这种电路设计、能耗很小,完全符合我们的要求,节约能源.
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。
高效的电源转换技术在整个现代社会越来越成为关注的事情。开关电源的转换不仅提供了更高的效率,还为设计者提供了更多的方便。最先进的半导体技术,磁能和先进技术,在电源技术日益发展的今天,开关转换电源成为更好的选择

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