大功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述電氣工程及其自動(dòng)化大功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，正是開(kāi)關(guān)電源廣闊的應(yīng)用前景，為開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。本文是對(duì)所搜集資料的梳理，以期對(duì)開(kāi)關(guān)電源有一個(gè)全面的了解。一、開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)開(kāi)關(guān)電源種類(lèi)繁多，按工作性質(zhì)分，可分為“硬開(kāi)關(guān)”和“軟開(kāi)關(guān)”兩種。所謂硬開(kāi)關(guān)，是指電子脈沖、外加控制信號(hào)強(qiáng)行對(duì)電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行“通”和“斷”，而與電子開(kāi)關(guān)自身流過(guò)的電流以及兩端施加的電壓無(wú)關(guān)。顯然，開(kāi)關(guān)在接通和關(guān)斷期間是有電流、電壓存在的，因此這種工作

2、方式是有損耗的。但是它比其它變換電源的控制形式簡(jiǎn)單得多，成本也低，所以硬開(kāi)關(guān)在很多地方仍然在應(yīng)用，如脈寬調(diào)制(PulseWidthModulation，PWM)器就屬于硬開(kāi)關(guān)。目前，很多開(kāi)關(guān)電源都用PWM來(lái)控制。另一類(lèi)叫做軟開(kāi)關(guān)，電子開(kāi)關(guān)在零電壓下導(dǎo)通，在零電流下關(guān)斷?？梢?jiàn)，電子開(kāi)關(guān)是在“零狀態(tài)”下工作的，所以理論上它的損耗為零，軟開(kāi)關(guān)對(duì)浪涌電壓、脈沖尖峰電壓的抑制能力很強(qiáng)，其工作頻率可以提高到5MHz以上，開(kāi)關(guān)電源的重量和體積則可以進(jìn)行更大的改變。為了實(shí)現(xiàn)零電壓“通”和零電流“斷”，我們常采用諧振的方法。利用諧振電路可實(shí)現(xiàn)正弦波振蕩，當(dāng)振蕩到零時(shí)，電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通

3、，稱(chēng)之為零電壓導(dǎo)通(ZeroVoltageSwitching，ZVS)。同樣，流過(guò)電子開(kāi)關(guān)的電流振蕩到零時(shí)，電子開(kāi)關(guān)關(guān)斷，稱(chēng)之為零電流關(guān)斷(ZeroCurrentSwitching，ZCS)?？傊?，電子開(kāi)關(guān)具有零電壓導(dǎo)通、零電流關(guān)斷的外部條件，這種變換器稱(chēng)為準(zhǔn)諧振變換器。它是在脈寬調(diào)制器上附加諧振網(wǎng)絡(luò)而形成的，固定電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，通過(guò)調(diào)整振蕩頻率，最終使電路產(chǎn)生諧振，從而獲得準(zhǔn)諧振變換器的模式。準(zhǔn)諧振變換器開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓不隨輸入電壓的變化而變化，它的輸出電流也不隨用電負(fù)載的變化而變化，這種開(kāi)關(guān)電源的主變換器依靠開(kāi)關(guān)頻率來(lái)穩(wěn)定輸出參數(shù)，稱(chēng)之為調(diào)頻開(kāi)關(guān)電源。調(diào)

4、頻開(kāi)關(guān)電源沒(méi)有脈沖調(diào)制開(kāi)關(guān)電源那么容易控制，再加上準(zhǔn)諧振電路電壓峰值高，開(kāi)關(guān)所受的應(yīng)力大，目前還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用[1]。從輸入、輸出有無(wú)變壓器隔離來(lái)說(shuō)，直流-直流(DC-DC)變換分為有變壓器隔離和沒(méi)有變壓器隔離兩類(lèi)。非隔離型有六種拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，即降壓(Buck)型電路、升壓(Boost)型電路、升降壓(Buck-Boost)型電路、Cuk型丘克電路、Sepic型電路和Zeta型電路。隔離型開(kāi)關(guān)電源分為正激型、反激型、半橋型、全橋型和推挽型五種。按激勵(lì)方式分，有自激式和他激式兩種。自激式包括單管式和推挽式，他激式有四種類(lèi)型，分別為脈沖寬度調(diào)制(PWM)、脈沖頻率調(diào)

5、制(PFM)、脈沖密度調(diào)制(PDM)和混合調(diào)制,其中用得最多的是脈沖寬度調(diào)調(diào)制變換器[1]、[2]、[3]。二、國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況(1)電源技術(shù)的發(fā)展國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，起源于20世紀(jì)70年代末80年代初。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)有了重大進(jìn)步和突破。新型功率器件的開(kāi)發(fā)促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源的高頻化；控制技術(shù)的發(fā)展以及專(zhuān)用控制芯片的生產(chǎn)，使開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性能和可靠性大大提高；有源功率因數(shù)校正技術(shù)(APFC)的開(kāi)發(fā)，提高了AC/DC開(kāi)關(guān)電源的功率因數(shù)，既治理了電網(wǎng)的諧波污染，又提高了開(kāi)關(guān)電源的整體效率[11]。集成化是開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)重要發(fā)展方向。集成化的目的

6、不僅在于使用方便，縮小整機(jī)體積，更重要的是取消傳統(tǒng)連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。另外，大功率的開(kāi)關(guān)電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作[6]。在節(jié)能減排深入人心的今天，自然要求開(kāi)關(guān)電源朝“綠色”方向發(fā)展。電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義：首先是節(jié)電，這樣就能減少對(duì)環(huán)境的污染；其次是要求電源不能(或很少)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染[7]。(2)電源市場(chǎng)的發(fā)展我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)、國(guó)防工業(yè)、家電行業(yè)，特別是電信業(yè)的迅猛發(fā)展，是電源市場(chǎng)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新資料顯示，當(dāng)前我國(guó)電子信息

7、產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)區(qū)、產(chǎn)出、銷(xiāo)售總規(guī)模以及對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)，均居全國(guó)各工業(yè)行業(yè)之首，成為我國(guó)工業(yè)第一支柱產(chǎn)業(yè)。國(guó)內(nèi)成規(guī)模的企業(yè)有十幾家，國(guó)產(chǎn)開(kāi)關(guān)電源已占據(jù)了相當(dāng)市場(chǎng)，一些大公司自主開(kāi)發(fā)的電源系列產(chǎn)品已獲得廣泛認(rèn)同，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中頗具優(yōu)勢(shì)，并開(kāi)始出口。同時(shí)也應(yīng)看到，也有不少進(jìn)口品牌，在這一領(lǐng)域已經(jīng)形成了競(jìng)爭(zhēng)局面[10]。(3)電源標(biāo)準(zhǔn)的制定20世紀(jì)90年代初，高頻開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用剛剛在電子、電信行業(yè)起步，適時(shí)頒布的《通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器》和《通信局(站)電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)、服務(wù)用戶(hù)起到了重要作用，對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源在電信行業(yè)的迅速推廣也起到了積極作用。隨著市場(chǎng)

8、的擴(kuò)大，用戶(hù)對(duì)電源智能化