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高频开关电源的设计探讨

作者:赫杰五金 发布时间:2017-06-05
内容摘要:随着人民生活水平的逐渐提高,各个领域的用电量以及用电频率逐渐增加,传统的电源外壳开关电源已经不能满足人们的需要,于是,高频电源开关应运而生。

高频开关电源的设计探讨
  高频开关电源是现代电力发展中不可或缺的一部分。随着人们对用电要求的不断提高,开关电源也有了突破性的进展。从   初的线性电源飞跃到当前被广泛应用的高频开关电源,从   初的20kHz飞跃到目前的1MHz,而且还向着   高的频率的方向发展。工业化的快速发展促使电力需求量的提升,对高频电源的质量及功能提出了   高的要求。
  一、高频开关电源的发展历程
  20世纪50年代左右,人们开始对开关电源进行和使用。由于受到技术水平的限制,   初的开关电源具有噪音较大、能够承受的开关次数较少等缺点。随着人民生活水平的逐渐提高,各个领域的用电量以及用电频率逐渐增加,传统的电源外壳开关电源已经不能满足人们的需要,于是,高频电源开关应运而生。
  电力晶体管是   初被使用的高频电源开关。这种新型的开关电源噪声较小,频率达到了20kHz,但是其适用范围较窄,不适用于功率比较大的电源。随着工业化的快速发展,各个工业产业,尤其是钢厂、机械厂等大型制造类产业用电的功率逐渐增大,这些产业对高频开关电源提出了   高的要求,人们又研制出绝缘栅双型晶体管,这种晶体管具有高输入阻抗和低导通压降两大优点,满足了这些高电压产业的需求。进入到20世纪90年代,人们又逐渐出了软开关技术,这种技术几乎实现了开关零损耗,工作频率以及效率也大大提高。21世纪,随着电子科技的发展,开关电源走进了数字化时代,人们利用数控芯片对电源回路进行控制,实现了高频开关电源的智能化。
  二、高频电源开关的基本原理
  高频开关电源能够在瞬间将高频的交流电压转换为稳定的直流电压,其过程并不简单。基本原理可以通过以下几步来解释:
  ①交流输入电压进入电网滤波器,电网滤波器替整个系统排除外界的各种干扰。②排除干扰后的电流进入到整流滤波器,整流滤波器将交流电压转换为直流电压。③被转换后的直流电压进入到高频开关变换器,再被转换为高频交流电压。④高频交流电源经过变压器的转换,输出交流电压,这种交流电压满足隔离输出需要。⑤输出整流滤波,使高频交流电压转换为直流电压。在整个转换的过程中,控制电路与保护电路共同工作,相互配合,保证整个转换过程的   、稳定。
  三、高频开关电源的设计
  1、输入技术参数的设计
  在对高频开关电源进行设计时,技术参数是需要考量的重要内容。对于输入技术参数来说,   先要考虑额定电压。不同地区有不同的标准,所以在对高频开关电源外壳电源进行设计时,要选择符合当地标准的额定电压。如果要求设计的高频开关电源能够有比较广的应用范围,则需要在设计时加入切换功能。其次要考虑的是交流电频率,设计时   满足   标准,一般在50Hz左右。   后要考虑开关电源的效率。开关电源的效率是指输出功率与输入功率的比值(去除无效功率。开关电源的效率主要受电路损耗的影响,而电路损耗具有很多不确定因素,这些损耗也是无法避免的,只能尽量减小,为高频开关电源设计一个较好的散热环境,减轻电路的损耗。
  2、输出技术参数的设计
  对输出技术参数进行设计时,   先要考虑额定输出电压。要对额定输出电压的范围、纹波系数等进行明确的规定。其次要考虑纹波噪声:尽量降低纹波系数,一般情况下要小于1%,噪声要小于输出电压的0.5%。   后要考虑稳压精度,稳压精度可以理解为调整电压大小的能力。通常情况下,输出电压受很多因素的影响,温度、负载、输入电压、纹波噪声等这些因素变化在发生变化时,都会导致输出电压的变化,因此,要提高稳压精度,就   尽量减少这些因素的变化。
  3、变换器的设计
  变换器有很多设计方式,每种方式都有各自的优势。   初的设计中,人们都采用各种线性变换器,随着高频开关电源的不断发展,变换器的设计也不断丰富,在原来线性变换器的基础上,延伸出了多种直流开关电源变换器,这种变换器的优点是具有隔离功能。目前,应用比较广泛的是全桥变换电路。全桥变换电路虽然比较复杂,整个电路中的开关也比较多,但是它具有很高的转换效率,整个电路对输入电压消耗少,利用效率比较高。因此,对于转换效率要求比较高的电源,通常都采用全桥变换电路。
  4、变压器的设计
  变压器是对电压和电流进行转换的器件,它的性能直接影响了整个高频开关电源的工作效率,是设计中的。在对变压器进行设计时,要考虑很多因素:
  ①在对变压器的线路进行绕制时,   要选择的绕制工艺,它能够对变压器的损耗产生比较大的影响。②在对变压器中的芯片进行选择时,   要注意该芯片是否适合该变压器,尽量防止出现磁饱和现象。③在对变压器进行设计时,要降低变压器对电路中其它元件的干扰,同时,也要保证它能够防止外界环境对其自身的干扰。④在保证其性良好性能的基础上,降低成本。
  四、对高频开关电源未来发展的畅想
  1、向低碳、环保方向发展
  低碳、环保是21世纪的主题,任何行业的发展都要向着这一主题进行,高频开关电源的发展也不例外。未来对高频模块电源外壳电源的设计要融入新的理念,在注重经济效益的同时,   要注重生态效益。新一代的高频开关电源,除了向小型化方向发展、节省材料之外,还要使其在运行的过程中产生   少的热量,减少耗电量、提高工作效率,同时降低其对周围环境的影响。总之,未来的高频开关电源将具备   多的优点,兼备经济价值和环保价值。
  2、开展数字开关电源的
  电子科技的飞速发展使人类进入了电子时代,数字开关电源逐渐发展。人们使用芯片对整个电路系统进行控制,   实现智能化。这种技术虽然没有   成熟,但是其特有的优点已经让我们看到了它的发展潜力:电路设计简单化,调试相对容易;整个系统由网络控制,可以远程观察,操作简单;智能化的开关电源能够避免电磁干扰等。
  现代高频开关电源的设计具有很多明显的特点:逐渐趋于小型化,为我们节省了   多的材料和空间;高频电源开关的快速发展逐渐淘汰了线性电源;在高频开关电源的设计中,逐渐强化对电磁干扰的屏蔽,提高其工作效率。高频开关电源未来仍然具有很大的发展空间,结合电子科技,利用计算机技术实现对整个电源的控制。电子科技的快速发展将为这一方向提供技术支持,使未来的高频电源实现数字化、智能化。

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