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开关电源的发展研究趋势主要集中方向

作者:赫杰五金 发布时间:2017-06-21
内容摘要:目前,很多生产和生活中的电气电子设备已经实现了 的数字化,基本上只剩下电源部分还未实现数字化,开关电源外壳电源的数字化显得尤为重要。

开关电源是一种电能转换设备,它通过控制功率开关器件的导通与关断时间比,合理利用电路中的储能元件,进而所需的输出电能。伴随着电力电子器件的不断   新换代,开关电源也在发展。
  开关电源的实际应用的先河是1955年   人罗耶开创的,他   先发明了自激晶体管推挽DC/DC变换器。随后出现了自激双变压器变换器。六十年代开始,无工频变压器的开关电源概念被提出,不久工程实物面世,其开关频率达到25KHz。从此,开关电源技术开始在各个领域广泛应用,这一时期开关电源普遍采用分立元件设计,开关本质也是硬开关技术。自七十年代后期开始,集成电路制造技术进入发展阶段,这就促使人们对电源控制电路的集成化进行,英国人于八十年代初成功研制出集成电源控制电路的开关电源。在硬件技术进行升级的同时,工程师们也认识到了传统硬开关技术存在的不足,于是着手进行改进,并在七十年代开始关注和软开关技术,从全谐振变换器技术(ResonantConverters,又称谐振变换器)就是在这一时期提出的。此技术采用频率调整,受负载影响大,谐振元件在谐振过程中一直处于谐振状态。根据谐振方式,可分为串联(SeriesResonantConverters,SRCs)和并联(ParallelResonantConverters,PRCs)两类。在八十年代中期出现了准谐振(Quasi-resonantConverters,QRCs)和多谐振变换器技术(Muti-resonantConverters,MRCs。这两种模式同样采用频率调制,其谐振元件部分只参与能量转换过程的部分阶段。所以,这两种模式是软开关技术的重大突破。零开关变换器技术(ZeroSwitchingPWMConverters)是在八十年代末期出现的,可以分为零电压和零电流两类,其电路采用了PWM技术,谐振元件实际工作时间只有1/10~1/15的开关周期,实现了软开关,且功率损耗较低。
  进入21世纪,人们将   多的目光投入到的问题,电源外壳开关电源的节能和低污染成为的重要课题。因而产生了功率因数校正(PFC)技术,并了广泛应用。
  目前,开关电源趋势主要集中在以下几个方向:
  (1)高频化
  高频化是减小开关电源体积、减轻重量的关键技术。提高开关电源的开关速率可以减小变压器、电感和电容等储能元件的容量,而这些储能元件的容量和体积有着明显的正比关系。提高开关电源的工作频率另一个优点是能够提高电源的效率。目前,高频化有两个主要障碍,一个是高频磁性材料优化,一个是高速功率开关器件。铁氧体材料工频可达上百千赫,目前主要是进一步提高其磁性性能。功率开关器件虽然已经达到了较高的开关频率,但是其各项参数性能还有待进一步提升。
  (2)数字智能化
  开关电源的理论技术   是基于传统模拟信号的,随着数字电路和数字信号处理技术的日趋成熟,开关电源的数字化条件也愈加成熟。目前,很多生产和生活中的电气电子设备已经实现了   的数字化,基本上只剩下电源部分还未实现数字化,开关电源外壳电源的数字化显得尤为重要。相比于传统模拟电源,数字电源对电流检测误差可以进行   的数字校正,电压检测      ;可以实现,灵活的控制设计。同时数字化电源将开关电源的   与数字芯片的智能控制相结合,可以运用   的控制算法,实现自我诊断、远程监控、数据通讯等智能化的功能。
  (3)高集成度
  提高电源系统的集成度主要有两方面的优点:一是能够缩小开关电源的体积,减轻重量,二是能够提高系统的性。在设计开关电源时,选用集成度高的器件,尽量少用分立元件,版图布局时,在信号完整性的前提下减小PCB面积,这样可以降低开关电源的体积,实现小型化、轻量化。为了提高系统的性,很多整机厂家与元器件厂家合作“用户”功率模块成为一种趋势。也就是将一台电源系统所需要的绝大部分硬件都做成封装芯片的形式,安装到一个模块中,使原有的分离元件之间引线存在的寄生参数降到   低,从而使模块电源外壳电源元器件和功率器件承受的电应力降至   低,   终达到提高系统设备性的目的。
  (4)绿色低耗
  电源的绿色性是指电源系统不对电网产生谐波污染,低耗性指电源有较高的工作效率,能够节约电能。绿色性的要求使得电源设计   考虑功率因数补偿问题和滤波问题。低耗性的要求促使电源系统结构向着分布式的方向发展。

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