開關(guān)電源研究綜述【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述電氣工程及自動化開關(guān)電源研究綜述摘要：文章對開關(guān)電源做了較為全面的介紹。概括了開關(guān)電源的背景知識，定義，應(yīng)用以及較為詳細(xì)的分類情況。然后對開關(guān)電源的分類以及發(fā)展的走勢進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源控制電路電路設(shè)計1.引言隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對電源的要求也越來越高。電子設(shè)備的小型化和低成本使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。在近半個多世紀(jì)的發(fā)展過程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而取代傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)計制造的連續(xù)工作

2、的線性電源，并廣泛應(yīng)用于電子、電氣設(shè)備中。20世紀(jì)80年代，計算機(jī)全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成了計算機(jī)的電源換代。20世紀(jì)90年代，開關(guān)電源在電子、電氣設(shè)備以及家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。[1]開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。[4]開關(guān)電源的工作過程相當(dāng)容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線形電源不同的是，PWM開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導(dǎo)通時，電壓低

3、，電流大；關(guān)斷時，電壓高，電流小）功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。[2-3]與線性電源相比，PWM開關(guān)電源更為效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現(xiàn)的。脈沖的占空比由開關(guān)電源的控制器來調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓組數(shù)。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓。[8]開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，也有AC/ACDC/AC如逆變器DC/DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的

4、認(rèn)可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。2.開關(guān)電源的分類42.1DC/DC類開關(guān)電源DC/DC變換器是開關(guān)電源的核心部分，它是一種控制開關(guān)S通/斷時間的比例，用電抗器與電容器蓄積能量的元件。對斷續(xù)的波形進(jìn)行平滑處理，從而更有效地調(diào)整功率流的電路。按輸入輸出的隔離方式有隔離方式與非隔離方式；按開關(guān)的控制方式有自勵式與它勵式，以及脈寬調(diào)制、脈頻調(diào)制與幅度調(diào)制等多種方式。[7]DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式T不變，改變

5、頻率F的調(diào)制方式(通用)，二是頻率F不變而改變脈寬T的調(diào)制方式（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類：①Buck電路——降壓斬波器、其輸出平均電壓U0小于輸入電壓UD，極性相同。②Boost對電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于輸入電壓UD，極性相同。③Buck—Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓UD，極性相反，電感傳輸。④Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓UD，極性相反，電容傳輸。[5]當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國VICOR公司設(shè)計制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W

6、、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3，效率為（80～90）％。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻RM系列開關(guān)電源模塊，其開關(guān)頻率為200～300kHz，功率密度已達(dá)到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極管），使整個電路效率提高到90％。[3]2.2AC/DC類開關(guān)電源AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率電流由負(fù)載傳輸返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電解電容器是必不可

7、少的。同時因遇到安全問題（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波器及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制了AC/DC電源體積的小型化。另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求。由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作損耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程。