開關(guān)電源的用途

1、開關(guān)電源的用途開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設(shè)備，視聽產(chǎn)品，安防，電腦機(jī)箱，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域開關(guān)電源的主要類型和分類開關(guān)電源的主要類型現(xiàn)代開關(guān)電源有兩種：一種是直流開關(guān)電源；另一種是交流開關(guān)電源。這里主要介紹的只是直流開關(guān)電源，其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓（精電）。直流開關(guān)電源的核心是DC/DC轉(zhuǎn)換器。因此直流開關(guān) 電源的分類是依賴DC/DC轉(zhuǎn)換器分類的。也

2、就是說，直流開關(guān)電源的分類與DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類是基本相同的，DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類基本上就是直 流開關(guān)電源的分類。直流DC/DC轉(zhuǎn)換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器；另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式DC/DC轉(zhuǎn)換器隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以按有源功率器件的個數(shù)來分類。單管的DC/DC轉(zhuǎn)換器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）兩種。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換器 有雙管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），雙管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、

3、推挽式（Push-Pull Converter） 和半橋式（Half-Bridge Converter）四種。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器就是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器（Full-Bridge Converter）。非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，按有源功率器件的個數(shù)，可以分為單管、雙管和四管三類。單管DC/DC轉(zhuǎn)換器共有六種，即降壓式（Buck）DC/DC轉(zhuǎn)換器 ，升壓式（Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器、升壓降壓式（Buck Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器、Cuk DC/DC轉(zhuǎn)換器、Zeta DC/DC轉(zhuǎn)換器和SEPIC DC/DC轉(zhuǎn)換器。在這六種 單管DC/DC轉(zhuǎn)換器中，Buck和Boost式DC/DC轉(zhuǎn)換器是基

4、本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC轉(zhuǎn)換器是從中派生出來的。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換 器有雙管串接的升壓式（Buck-Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器常用的是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器（Full-Bridge Converter）。開關(guān)電源的分類自激式是無須外加信號源能自行振蕩，自激式完全可以把它看作是一個變壓器反饋式振蕩電路。微型低功率開關(guān)電源 320W單組開關(guān)電源開關(guān)電源正在走向大眾化，微型化。開關(guān)電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應(yīng)用，低功率微型開關(guān)電源的應(yīng)用要首先體現(xiàn)在，數(shù)顯表、智能電表、手機(jī)充電器等方面?，F(xiàn)階段國家在大力推廣智能電網(wǎng)建設(shè)，對電能表

5、的要求大幅提高，開關(guān)電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應(yīng)用。它激式則完全依賴于外部維持振蕩，在實(shí)際應(yīng)用中它激式應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)激勵信號結(jié)構(gòu)分類；可分為脈沖調(diào)寬和脈沖調(diào)幅兩種，脈沖調(diào)寬是控制信號的寬度，也就是頻率，脈沖調(diào)幅控制信號的幅度，兩者的作用相同都是使振蕩頻率維持在某一范圍內(nèi)，達(dá)到穩(wěn)定電壓的效果。變壓器的繞組一般可以分成三種類型，一組是參與振蕩的初級繞組，一組是維持振蕩的反饋繞組，還有一組是負(fù)載繞組。比如在家用電器中使用的上海正藝科技生產(chǎn)的開關(guān)電源，將220V的交流電經(jīng)過橋式整流，變換成300V左右的直流電，濾波后進(jìn)入變壓器后加到開關(guān)管的集電極進(jìn)行高頻振蕩，反饋繞組反饋到基極維持電路振蕩

6、，負(fù)載繞組感應(yīng)的電信號，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓得到的直流電壓給負(fù)載提供電能。負(fù)載繞組在提供電能的同時，也肩負(fù)起穩(wěn)定電壓的能力，其原理是在電壓輸出電路接一個電壓取樣裝置，監(jiān)測輸出電壓的變化情況，及時反饋給振蕩電路調(diào)整振蕩頻率，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的，為了避免電路的干擾，反饋回振蕩電路的電壓會用光電耦合器隔離。 開關(guān)電源的發(fā)展動向和未來趨勢 開關(guān)電源的發(fā)展動向開關(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。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(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耗，并在功率鐵氧體（Mn?Zn)材料上加大科技創(chuàng)新

7、，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對于高可靠性指標(biāo)，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。 模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成N+1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對開關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺

8、點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化。開關(guān)電源的未來趨勢目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOSFET制成的500kHz電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元

9、器件。然而，開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會影響周圍電子設(shè)備，還會大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用R-C或L-C緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過，對1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。目前對這種開關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主

10、要方式。當(dāng)前，世界上許多國家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。開關(guān)電源控制原理框圖開關(guān)電源大致由輸入電路、變換器、控制電路、輸出電路四個主體組成。如果細(xì)致劃分，它包括：輸入濾波、輸入整流、開關(guān)電路、采樣、基準(zhǔn)電源、比較放大、震蕩器、V/F轉(zhuǎn)換、基極驅(qū)動、輸出整流、輸出濾波電路等。實(shí)際的開關(guān)電源還要有保護(hù)電路、功率因素校正電路、同步整流驅(qū)動電路及其它一些輔助電路等。開關(guān)電源原理所謂開關(guān)電源，故名思議，就是這里有一扇門，一開門電源就通過，一關(guān)門電源就停止通過，那么什么是門呢，開關(guān)電源里有的采用可控硅，有的采用開關(guān)管，這兩個元器件性能差不多，都是靠基極、（開關(guān)管）控制極（可控硅）上加上脈沖信號

11、來完成導(dǎo)通和截止的，脈沖信號正半周到來，控制極上電壓升高，開關(guān)管或可控硅就導(dǎo)通，由220V整流、濾波后輸出的300V電壓就導(dǎo)通，通過開關(guān)變壓器傳到次級，再通過變壓比將電壓升高或降低，供各個電路工作。振蕩脈沖負(fù)半周到來，電源調(diào)整管的基極、或可控硅的控制極電壓低于原來的設(shè)置電壓，電源調(diào)整管截止，300V電源被關(guān)斷，開關(guān)變壓器次級沒電壓，這時各電路所需的工作電壓，就靠次級本路整流后的濾波電容放電來維持。待到下一個脈沖的周期正半周信號到來時，重復(fù)上一個過程。這個開關(guān)變壓器就叫高頻變壓器，因?yàn)樗墓ぷ黝l率高于50HZ低頻。那么推動開關(guān)管或可控硅的脈沖如何獲得呢，這就需要有個振蕩電路產(chǎn)生，我們知道，晶體三

12、極管有個特性，就是基極對發(fā)射極電壓是0.65-0.7V是放大狀態(tài)，0.7V以上就是飽和導(dǎo)通狀態(tài)， -0.1V- -0.3V就工作在振蕩狀態(tài)，那么其工作點(diǎn)調(diào)好后，就靠較深的負(fù)反饋來產(chǎn)生負(fù)壓，使振蕩管起振，振蕩管的頻率由基極上的電容充放電的時間長短來決定，振蕩頻率高輸出脈沖幅度就大，反之就小，這就決定了電源調(diào)整管的輸出電壓的大小。那么變壓器次級輸出的工作電壓如何穩(wěn)壓呢，一般是在開關(guān)變壓器上，單繞一組線圈，在其上端獲得的電壓經(jīng)過整流濾波后，作為基準(zhǔn)電壓，然后通過光電耦合器，將這個基準(zhǔn)電壓返回振蕩管的基極，來調(diào)整震蕩頻率的高低，如果變壓器次級電壓升高，本取樣線圈輸出的電壓也升高，通過光電耦合器獲得的正

13、反饋電壓也升高，這個電壓加到振蕩管基極上，就使振蕩頻率降低，起到了穩(wěn)定次級輸出電壓的穩(wěn)定，太細(xì)的工作情況就不必細(xì)講了，也沒必要了解的那么細(xì)的，這樣大功率的電壓由開關(guān)變壓器傳遞，并與后級隔開，返回的取樣電壓由光耦傳遞也與后級隔開，所以前級的市電電壓，是與后級分離的，這就叫冷板，是安全的，變壓器前的電源是獨(dú)立的，這就叫開關(guān)電源。本課程的內(nèi)容和意義本課程內(nèi)容本課題主要是研究落差比較大的dc-dc變換器，所謂落差大是指輸入和輸出的落差比較大，輸入約直流550-800V，而輸出為直流24V要求做到輸入電壓在一定范圍內(nèi)變化時輸出基本不變，也就是說靠改變占空比調(diào)節(jié)輸出的效果要好，適當(dāng)改變負(fù)載也能使輸出基本保

14、持不變，具有過電流保護(hù)的功能并且能夠設(shè)定電流保護(hù)閥值。因?yàn)檩斎霝橹绷鞲唠妷簽楸Ｗo(hù)起鑒采用繼電聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)啟動并有裝機(jī)的過程；因?yàn)橐舐洳畲篌w積小所以采用高頻隔離變壓器，勢必要解決諧波干擾所造成的各種損耗，尤其是開關(guān)管的開關(guān)損耗，變壓器的鐵耗銅耗，優(yōu)化設(shè)計提高效率。具體電路根據(jù)大電壓落差DC/DC變換的要求及特點(diǎn)，本文采用SG3525電壓控制模式控制器，設(shè)計了一種基于電壓型脈寬調(diào)制控制技術(shù)的半橋式隔離開關(guān)電源。其輸入電壓為直流600V，輸出電壓為直流24V，最大輸出電流10A，工作頻率50kHz本課程意義落差比較大的dc-dc電源變換器，應(yīng)用在比較特殊的場合，如煤礦下采煤車的照明，直接利用高壓直流供電