开关电源技术的发展.doc

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1、开关电源技术的发展　　开关电源是在电子、通信、电气、能源、航空航天、军事以及家电等领域应用非常广泛的一种电力电子装置。它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，在小功率范围内基本上取代了线性调整电源，并迅速向中大功率范围推进，在很大程度上取代了晶闸管相控整流电源。开关电源技术是目前中小功率直流电能变换装置的主流技术。但是开关电源的设计工作较为繁琐，难度大。　　目前国内开关电源的设计裕量过大，设计过程中对产品工作状况和实际性能的预见性较差。开关电源技术在迅速的向前发展，为了能够在理解基本原理的基础上进行再创造，我们应该对开关电源技术有

2、个整体概念的把握及其发展趋势的预测，从而提高自己的设计水平，最终提高产品的质量。　　2开关电源的整体认识　　2.1开关电源的定义　　开关电源是作为线性稳压电源的一种替代物　　出现的，开关电源这一称谓也是相对于线性稳压电源而产生的。顾名思义，开关电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态的电源。这样一来，如果把四大类基本电力电子电路（AC-DC电　　路、DC-AC电路、AC-AC电路、DC-DC电路）都看成电源电路，则所有的电力电子电路也都可以看成开关电源电路。但是在实际应用中，开关电源所涵盖的范围比这个范围要小的多。同时具备三个条件的电源可称之为开关电源，

3、这三个条件就是：开关（电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态）、高频（电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频）和直流（电源输出是直流而不是交流）［1］。　　2.2开关电源的发展史及应用范围　　开关电源的前身是线性稳压电源。在开关电源出现之前，许多控制设备的工作电源都采用线性稳压电源。由于计算机等电子装置的集成度不断增加，功能越来越强，他们的体积却越来越小，因此迫切需要体积小、重量轻、效率高、性能好的新型电源，这就成了开关电源技术发展的强大动力。　　新型电力电子器件的发展给开关电源的发展提供了物质条件。在20世纪60年代末，巨型晶体管（

4、GTR）的出现，使得采用高工作频率的开关电源得以问世，那时确定的开关电源的基本结构一直沿用至今。后来随着电力MOSFET的应用，开关电源的频率进一步提高，使得电源体积更小，重量更轻，功率密度进一步提高。在20世纪80年代，IGBT的出现让仅适用于小功率场合的开关电源在中大功率直流电源也得以发挥。在20世纪80年代后20年为了解决因开关频率提高而引发的电磁干扰问题，出现了软开关技术开关电路。随后在20世纪90年代，为了提高开关电源的功率因数，出现了功率因数校正技术（PFC）。　　目前除了对直流输出电压的纹波要求极高的场合外，开关电源已经全面取代了线性稳压电源

5、，主要用于小功率场合。例如：计算机、电视机、各种电子仪器的电源。在许多中等容量范围内，开关电源逐步取代了相控电源，例如：通信电源领域、电焊机、电镀装置等的电源。　　3开关电源中的电子电路　　开关电源中的电子电路，也就是常说的主电路，是开关电源的核心电路。对各种开关电源主电路的工作原理与适用条件的分析是进行开关电源电路选型的基础，也是主电路和控制电路参数设计的基础。　　根据电路是否具有电能回馈能力、输出端与输入端是否电气隔离以及电路的结构形式三个原则，可以将开关电源中的电力电子电路按图1分类。　　各种不同的电路有各自不同的特点和应用场合。总的来说，非回馈型电

6、路比回馈型电路结构简单、成本低，而绝大多数应用不需要开关电源具备回馈能力，因此，非回馈型电路应用远比回馈型电路广泛。非隔离型电路比隔离型电路结构简单、成本低，但多数应用需要开关电源的输出端与输入端隔离，或需要多组相互隔离的输出，　　所以，隔离型电路的应用较广泛。而非隔离型电路也有不少应用，如开关型稳压器、直流斩波器　　　　降压型　　升压型　　非隔离升降压型　　Cuk型　　Sepic型　　非回馈型Zeta型　　正激型　　反激型　　开隔离型半桥型　　关　　全桥型　　电　　源推挽型　　二象限型　　　　非隔离型　　回馈型四象限型　　隔离型　　图1　　等。回馈型电路

7、应用较少，下面重点比较非回馈型各电路的特点与应用。　　3.1非隔离型电路的应用范围及特点［1］　　降压（Buck）型电路只能降压不能升压，输出与输入同极性，输入电流脉动大，输出电流脉动小，结构简单。常用于降压型直流开关稳压器、不可逆直流电动机调速等场合。　　升压（Boost）型电路只能升压不能降压，输出与输入同极性，输入电流脉动小，输出电流脉动大，不能空载，结构简单。常用于将较低的直流电压变换成为较高的直流电压，如电池供电设备中的升压电路、液晶背光电源等。该电路另一个重要用途就是作为单相功率因数校正电路。　　升降压（Buck－Boost）型电路不仅可以灵活

8、地改变电压的高低，而且能改变电压极性，常用于电池供电设备中产生负电