開(kāi)關(guān)電源的原理和發(fā)展趨勢
高頻開(kāi)關(guān)電源由以下幾個(gè)部分組成:
一、主電路
從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程,包括:
1、輸入濾波器:其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾,同時(shí)也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。
2、整流與濾波:將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電,以供下一級變換。
3、逆變:將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電,這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分,頻率越高,體積、重量與輸出功率之比越小。
4、輸出整流與濾波:根據負載需要,提供穩定可靠的直流電源。
二、控制電路
一方面從輸出端取樣,經(jīng)與設定標準進(jìn)行比較,然后去控制逆變器,改變其頻率或脈寬,達到輸出穩定,另一方面,根據測試電路提供的數據,經(jīng)保護電路鑒別,提供控制電路對整機進(jìn)行各種保護措施。
三、檢測電路
除了提供保護電路中正在運行中各種參數外,還提供各種顯示儀表數據。
四、輔助電源
提供所有單一電路的不同要求電源。
開(kāi)關(guān)電源發(fā)展趨勢
隨著(zhù)電子產(chǎn)品輕、薄、小的發(fā)展趨勢,要求電子元件體積更小,耗能更低。開(kāi)關(guān)電源作為電子設備中不可或缺的組成部分也在不斷的改進(jìn)。高效率、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化,成了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向。
高效率。為了使開(kāi)關(guān)電源輕、小、薄,高頻化(開(kāi)關(guān)頻率達兆赫級)是必然發(fā)展趨勢。而高頻化又必然使傳統的PWM開(kāi)關(guān)(屬硬開(kāi)關(guān))功耗加大,效率降低,噪聲也提高了,達不到高頻、高效的預期效益,因此實(shí)現零電壓導通、本電流關(guān)斷的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將成為開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品未來(lái)的主流。采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可使效率達到~%。
高可靠。開(kāi)關(guān)電源比連續工作電源使用的元器件多數十倍,因此降低了可靠性。從壽命角度出發(fā),電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著(zhù)電源的壽命。追求壽命的延長(cháng)要從設計方面著(zhù)眼,而不是從使用方面著(zhù)想。美國一公司通過(guò)降低給溫、減少器件的電應力、降低運行電流等措施使其DC/DC開(kāi)關(guān)電源系列產(chǎn)品的可靠性大大提高,產(chǎn)品的MTBF高達00萬(wàn)小時(shí)以上。
模塊化。無(wú)論是AC/DC或是DC/DC或是變換器都是朝模塊化方向發(fā)展。其特點(diǎn)是:可以用模塊電源組成分布式電源系統;可以設計成N+冗余電源系統,從而提高可行性;可以做成插入式,實(shí)現熱更換,從而在運行中出現故障時(shí)能高速更換模塊插件;多臺模并聯(lián)可實(shí)現大功率電源系統。此外,還可以在電源系統建成后,根據發(fā)展需要不斷擴充容量。
低噪聲。開(kāi)關(guān)電源的又一缺點(diǎn)是噪聲大,單純追求高頻化,噪聲也隨之增大,采用部分諧振轉換回路技術(shù),在原理上既可以高頻化,又可以低噪聲。但諧振轉換技術(shù)也有其難點(diǎn),如很難準確地控制開(kāi)關(guān)頻率、諧振時(shí)增大了器件負荷、場(chǎng)效應管的寄生電容易引起短路損耗、元件熱應力轉向開(kāi)關(guān)管等問(wèn)題難以解決。
抗電磁干擾(EMI)。當開(kāi)關(guān)電源在高頻下開(kāi)關(guān)時(shí),其噪聲通過(guò)電源線(xiàn)產(chǎn)生對其它電子設備的干擾,世界各國已有抗EMI的規范或標準,如美國的FCC、德國的VDE等,研究開(kāi)發(fā)抗EMI的開(kāi)關(guān)電源日益顯行生要。
高頻化,開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的方向
開(kāi)關(guān)電源成為現代電子設備中不可缺少的部分,要實(shí)現高效率、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化的發(fā)展,高頻化是關(guān)鍵技術(shù)。要實(shí)現開(kāi)關(guān)電源的高頻化涉及到開(kāi)關(guān)的損耗和電子兼容性以及材料性能等各方面的技術(shù)要求,目前在這些方面生產(chǎn)和應用控制并不是十分成熟。
因此對于開(kāi)關(guān)電源的高頻化發(fā)展,業(yè)內存在不同的聲音。有的認為開(kāi)關(guān)電源高頻化是發(fā)展的方向,也有的認為這一說(shuō)法還需要商榷,更多的則認為開(kāi)關(guān)電源高頻化的程度應該根據電源種類(lèi)而定。本刊記者就此采訪(fǎng)了業(yè)內相關(guān)人士,收集了行業(yè)內不同的說(shuō)法。
肯定 :開(kāi)關(guān)電源高頻化不會(huì )受阻
康舒電子(東莞)有限公司研發(fā)部羅斌認為,高頻開(kāi)關(guān)電源盡管目前還存在一些缺陷,但這不能阻礙開(kāi)關(guān)電源高頻化發(fā)展。
高頻化是高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向并不會(huì )因為高頻開(kāi)關(guān)電源的“損耗大、材料性能要求高”等相關(guān)問(wèn)題而受到阻礙。相反,這些相關(guān)的配套產(chǎn)業(yè)應該加快發(fā)展,適應開(kāi)關(guān)電源高頻化的要求。特別是模塊電源的發(fā)展要求電路的集成化程度越來(lái)越高,電子產(chǎn)品輕、薄、小的發(fā)展趨勢要求電子元件在體積上必須壓縮、小型化。開(kāi)關(guān)電源高頻化就是順應這一發(fā)展趨勢技術(shù)要求,特別是在PC電源、筆記本電腦、通信產(chǎn)品、手機等電子產(chǎn)品開(kāi)關(guān)電源是必不可少的。
慎重 :開(kāi)關(guān)電源高頻化應根據實(shí)際而定
開(kāi)關(guān)電源高頻化不是目的,只是過(guò)程。
開(kāi)關(guān)電源高頻化要求增大相應的電容量,由于高頻率轉換給元件帶來(lái)的損耗大,所以要求相關(guān)配套的器件生產(chǎn)設計要跟上,例如漆料、隔離技術(shù)等。開(kāi)關(guān)電源實(shí)現高頻化實(shí)現了開(kāi)關(guān)電路的零電壓,提高了電子產(chǎn)品的使用性能,但高頻化只是開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的要求和過(guò)程,而不是目的,相關(guān)的技術(shù)還存在一定的缺陷,不能盲目的追求高頻化。
目前高頻開(kāi)關(guān)電源主要有這樣一些缺陷:隔離困難,反應慢,損耗大,抗沖擊性差等。另外在我國對于高頻開(kāi)關(guān)電源的科研工作大多限于高校,產(chǎn)、學(xué)、研脫節比較明顯。
高頻電源的開(kāi)發(fā)應用從上個(gè)世紀0年代就已開(kāi)始,目前我國的生產(chǎn)廠(chǎng)家很多,并且有一定的規模。主要集中在珠三角地區。但進(jìn)行技術(shù)研發(fā)的單位主要在南航、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)等部分高校,而國內廠(chǎng)家投入技術(shù)研究的基本沒(méi)有。行業(yè)呼吁的“產(chǎn)、學(xué)、研一體化”在這一塊脫了節。
另外高頻開(kāi)關(guān)電源的應用還受到成本的制約。
高頻開(kāi)關(guān)電源主目前主要應用在大功率電器電路中,大部分功率小的或者小型電子產(chǎn)品,還是用硬開(kāi)關(guān),一方面考慮技術(shù)因素,小功率電器沒(méi)有必要使用高頻開(kāi)關(guān)電源,另外在成本上差距也很大?梢蕴峁┫嗟榷坞娫吹拈_(kāi)關(guān)產(chǎn)品,硬開(kāi)關(guān)價(jià)格在—元/個(gè),而應用高頻開(kāi)關(guān)電源的軟開(kāi)關(guān)價(jià)格要0元/個(gè)左右。
不能為了高頻化而高頻化。
開(kāi)關(guān)電源高頻化是技術(shù)手段而不是目的,開(kāi)關(guān)電源高頻化的程度應該根據客戶(hù)的需求來(lái)定!案哳l化是開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向”和,這個(gè)說(shuō)法還需要商榷,因為頻率拔高后電子兼容性能否達到要求,還涉及到材料科學(xué)方面,在國內能做到的只有幾百K,還沒(méi)有超過(guò)00K的。
另外,開(kāi)關(guān)電源高頻化采用也應該根據電源種類(lèi)是否需要來(lái)定的,比如在工業(yè)控制設備中,對電子元件的體積沒(méi)有要求,電路設計也不一定要用到開(kāi)關(guān)電源,就沒(méi)有必要增加開(kāi)關(guān)電源。
盡管對開(kāi)關(guān)電源的高頻化發(fā)展存在不同的觀(guān)點(diǎn),但開(kāi)關(guān)電源高頻化已是不爭的事實(shí)和趨勢,在目前國內技術(shù)尚未達到成熟的水平,發(fā)展的過(guò)程也會(huì )有各種困難。困難一方面是國內企業(yè)在技術(shù)研發(fā)不成熟,另外近年國外企業(yè)紛紛到我國沿海地區投資建廠(chǎng),給我國企業(yè)帶來(lái)了更大的壓力。壓力和困難是客觀(guān)所在,但我們也應該看到在競爭中國內企業(yè)同樣也有自身的優(yōu)勢。
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