開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)與發(fā)展趨勢解析
隨著(zhù)電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統的應用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設備的種類(lèi)也越來(lái)越多，電子設備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設備都離不開(kāi)可靠的電源，它們對電源的要求也越來(lái)越高。電子設備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。
傳統的晶體管串聯(lián)調整穩壓電源是連續控制的線(xiàn)性穩壓電源。這種傳統穩壓電源技術(shù)比較成熟，并且已有大量集成化的線(xiàn)性穩壓電源模塊，具有穩定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)。但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。由于調整管工作在線(xiàn)性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩定，其集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導致調整管功耗較大，電源效率很低，一般只有45%左右。
另外，由于調整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿(mǎn)足現代電子設備發(fā)展的要求。20世紀50年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標，為搭載火箭開(kāi)發(fā)了開(kāi)關(guān)電源。在近半個(gè)多世紀的發(fā)展過(guò)程中，開(kāi)關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代傳統技術(shù)制造的連續工作電源，并廣泛應用于電子整機與設備中。20世紀80年代，計算機全面實(shí)現了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代。20世紀90年代，開(kāi)關(guān)電源在電子、電器設備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應用，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。
開(kāi)關(guān)型穩壓電源采用功率半導體器件作為開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的占空比調整輸出電壓。以功率晶體管(GTR)為例，當開(kāi)關(guān)管飽和導通時(shí)，集電極和發(fā)射極兩端的壓降接近零;當開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，其集電極電流為零。所以其功耗小，效率可高達70%-95%。而功耗小，散熱器也隨之減小。開(kāi)關(guān)型穩壓電源直接對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調整，然后由開(kāi)關(guān)調整管進(jìn)行穩壓，不需要電源變壓器。此外，開(kāi)關(guān)工作頻率為幾十千赫，濾波電容器、電感器數值較小。因此開(kāi)關(guān)電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
另外，由于功耗小，機內溫升低，提高了整機的穩定性和可靠性。而且其對電網(wǎng)的適應能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍為220±10%，而開(kāi)關(guān)型穩壓電源在電網(wǎng)電壓在110-260伏范圍內變化時(shí)，都可獲得穩定的輸出電壓。
開(kāi)關(guān)電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng )新技術(shù)，高頻化帶來(lái)的效益是使開(kāi)關(guān)電源裝置空前地小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應用在節約資源及保護環(huán)境方面都具有深遠的意義。
目前市場(chǎng)上開(kāi)關(guān)電源中功率管多采用雙極型晶體管，開(kāi)關(guān)頻率可達幾十千赫;采用MOSFET的開(kāi)關(guān)電源轉換頻率可達幾百千赫。為提高開(kāi)關(guān)頻率，必須采用高速開(kāi)關(guān)器件。對于兆赫以上開(kāi)關(guān)頻率的電源可利用諧振電路，這種工作方式稱(chēng)為諧振開(kāi)關(guān)方式。
它可以極大地提高開(kāi)關(guān)速度，理論上開(kāi)關(guān)損耗為零，噪聲也很小，這是提高開(kāi)關(guān)電源工作頻率的一種方式。采用諧振開(kāi)關(guān)方式的兆赫級變換器已經(jīng)實(shí)用化。開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢可以概括為以下四個(gè)方面。
一、小型化、薄型化、輕量化、高頻化———開(kāi)關(guān)電源的體積、重量主要是由儲能元件(磁性元件和電容)決定的，因此開(kāi)關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲能元件的體積;在一定范圍內，開(kāi)關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統的動(dòng)態(tài)性能。
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