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开关电源的新技术与发展前景

作者:赫杰五金 发布时间:2017-07-07
内容摘要:模块电源外壳电源直接电流控制用输入电流与参考电流进行比对,然后用输出电流误差控制开关动作。直接电流控制可分为:峰值电流控制、滞环控制和平均电流控制。

开关电源具有重量轻、体积小、能耗低,整机效率高等特点,因此了广泛应用。文中论述了开关电源的新技术及其发展前景。
  1、高频化
  随着微处理器尺寸越来越小,电源的尺寸已不能满足其需求,迫切需要电源的结构紧凑,重量   轻。为了实现这一目标,电源外壳开关电源工作频率的提高是关键。根据理论与实践得知电气产品的体积、重量与频率的增加成反比。频率从50Hz升高到几百或几千Hz时,电器设备的尺寸和重量可明显变小。但是频率越高,电磁兼容性(EMC)问题越突出;PCB板的结构变得相当复杂,功率器件、导线的参数等对系统会有较大影响,所以频率不能   高。
  2、集成化和模块化
  集成化指在一块芯片上使用多层厚膜衬底技术安装元件和驱动逻辑,达到预期的效果。模块化是器件和单元电路的模块化。由于开关电源外壳电源频率提高了,使得引线的寄生电感、寄生电容也增加,导致器件承受的应力也大大提高。模块化设计让开关电源使用方便灵活,   大的改进是   没有了连线,得以减少寄生效应,使器件承受的应力降至   低,开关电源的可靠性了提高。
  3、功率因数校正技术
  使用电容进行滤波可以在AC/DC转换器电路输出端获得相对平滑的直流输出电压。输入电流的畸形是因为整流二管的非线性和电容的共同作用造成的。如果删除了滤波电容器,电流的输出变为近似的正弦波,变压器输入端的功率提高且输入电流的谐波也减少了,但在整流电路的输出不再是一个平滑的直流输入电压,而是脉动波。为了使输出电压是平滑的直流输出,且输入的电流为正弦波,那么就需要功率因数校正电路,即在整流电路和滤波电容之间加一个电路,通过输入电流跟踪输入电压。为了达到此目的,既可使用无源电路(不可控开关),也可以用有源电路(可控开关)。
  无源滤波器电路技术是将电感串联在桥式整流器和电容器之间,从而使得二管的导通时间增加,将输入电流的幅值降低,或者把谐振滤波器接在交流侧,其作用是消除3次谐波。无源方式虽简单,其缺点是电流谐波大,对阻抗性负载要求很高。无源滤波器是以荧光灯电子整流器为基础,其特点是滤波电容为两个串联的电容,并与二管相互合作,使得整流二管的导通角扩大,从而提高了输入侧的功率因数。其缺点是直流母线电压约为   大输入电压的二分之一。
  有源功率因数校正技术是基于输入电压作为参考信号,让输入电流跟踪参考信号,以输入电流的低频分量和输入电压相同的频率和波形,从而使谐波抑制。其有直接和间接电流控制法。模块电源外壳电源直接电流控制用输入电流与参考电流进行比对,然后用输出电流误差控制开关动作。直接电流控制可分为:峰值电流控制、滞环控制和平均电流控制。峰值电流控制的缺点是峰值电流引起的次谐波振荡使得功率因数校正变得困难,所以较少使用。滞环控制是一种变频控制,可以达到平均电流为弦。平均电流控制操作简单,控制效果良好,是目前使用广泛的控制方式。间接电流控制是对输入电感端电压的幅值和相位进行控制,使得电感器电流和输入电压同相,此方法操作简单。
  目前,单相功率因数校正技术是较成熟的,功率因数能达到0.998。
  4、软开关技术
  PWM开关电源在硬切换方式下工作,切换过程中电压和电流会出现波形重叠,增加了开关的消耗,并且这个损耗与开关频率的增加成正比。因此须开关电压/电流波形不重合的办法,即所谓的零电压(ZVS)开关技术,也被称为软开关技术(相对于硬开关PWM技术而言)。新的软开关技术是基于20世纪70年代谐振软开关技术而来,现在已有很多,如准谐振,全桥移相ZVS-PWM。软交换的发展和应用使得开关电源效率大大提升。

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