《電子技術應用》
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開關電源模塊的選用
摘要: 本文根據(jù)開關電源模塊的發(fā)展及分類,,對DC/DC,、AC/DC變換器的拓撲結構和特性作了闡述,,結合國內(nèi)外開關的兩大類MTD2002變換器新技術動向進行探討,,敘述了開關電源模塊的選擇,。
Abstract:
Key words :

中心議題:

  • 電源" title="開關電源">開關電源的分類
  • 開關電源的選用
  • 開關電源技術的發(fā)展動向

解決方案:

  • 輸出電流的選擇
  • 接地方式的選擇
  • 電路保護技術


本文根據(jù)開關電源模塊的發(fā)展及分類,,對DC/DC,、AC/DC變換器的拓撲結構和特性作了闡述,,結合國內(nèi)外開關的兩大類MTD2002變換器新技術動向進行探討,,敘述了開關電源模塊的選擇。

1 引言

開關電源模塊和線性電源相比,,二者都隨著輸出率關上,,反而高于開關電源模塊,這一點稱為成本反轉點,。隨著MTD2002電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新,,使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新,成本反轉點日益向低翰出電力端移動,,這為開關電源提供了廣闊發(fā)展空間,。開關電源高頻化是其發(fā)展的方向,高頻化使開關電源小犁化,,拜使開關電源進入更廣泛的應用領域,。特別是在高新技術領域的應用,推動了高新技術產(chǎn)品的小型化,、輕便化,。另外開關電源的發(fā)展與應用,,在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義,。

2 開關電源的分類

人們在開關電源模塊技術領域是邊開發(fā)相關電力電子器件,,邊開發(fā)開關變頻技術。兩者相互促進推動著,。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類,。DC/DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化,且設計技術及生產(chǎn)工藝在國內(nèi),、外均已成熟和標準化并得到用戶的認可;但AC/DC的模塊化,,因其自身的特性,使得在模塊化的進程中遇到較為復雜的技術和工藝制造問題,。

2.1 DC/DC變換
DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓,,也稱為直流暫波。暫波器的工作方式有兩種,,一是脈寬調(diào)制方式Ts不變,,改變ton(通用);二是頻率調(diào)制方式,ton不變,。改變Ts(易產(chǎn)生干擾),,具體的電路有以下幾類:

(1)BUCK電路一降壓暫波器,其輸出平均電壓Vo小于輸入電壓Vt,,極性相同,。
(2)BUCK電路一壓暫波器,其輸出平均電壓v0大于或小于輸入電壓,,極性相同,。
(3)BUCK電路一壓或升壓暫波器,其輸出平均電壓Vo大于或小于輸入電壓v0,,極性相反,,電感傳輸。
(4)BUCK電路一降壓或升壓變壓器,,其輸出平均電壓v0大于或小于輸入電壓U極性相反,,電容傳輸。

當今軟開關技術使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍,,美國V~COR公司設計制造多種EC~軟開關DO/DO變換器,,其最大MTD2002輸出功率有300W、6OOW,、 800W等,,相應的功率密度為6、2、10,、17瓦每立方厘米,,效率為200300kHz,功率密度已達到27瓦每立方厘米,,采用同整流器(M0SFET 代替肖特基二極管),,使整個電路功率提高90%。

2.2 AC/DC變換
AC/DC變換是將交流變換為直流,,其功率流向是可以雙向的,,功率流由電源流向,負載的稱為“整流”,。功率由負載返回電源的稱為“有源逆變”,。AC/DC 變換器輸入為50/60Hz的交流電,,因必須經(jīng)整流濾波,,因此體積相對較大的濾波電容是必不可少的,同時因遇到安全標準(如UI,、CCE等)及EMC指令的限制(如IEC,、FCC、CSA),,交流輸入側必須加EMC率波電及使用符合安全標準的元件,,這樣就限制AC/DC電源模塊體積的小型化。另外,,由于內(nèi)部的高頻,、高壓、大電流開關動作,,使解決EMC電磁兼容問題難度加大,,也就對內(nèi)部高密度安裝電路設計提出了很高的要求。由于同樣的原因,,高電壓,、大電流開關使很多電源損耗增大,限制了很高的要求,。由于同樣的原因,,高電壓、大電流開關使很多電源工作損耗增大,,限制了AC/DC變換器模塊化的進程,,因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化方法,才能使其工作效率達到一定滿意程度,。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為半波電路和全波電路,,按電源相數(shù)可分為單相、三相和多相,按電路T作象限分為一象限,、二象限,、三象限、四象限,。


3 開關電源的選用


開關電源模塊在輸入抗干擾性能上,,由于其自身電路的特點(多極串聯(lián)),一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過,,在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術指標上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢,,其輸出電壓穩(wěn)定度可達0.5~1%。

3.1輸出電流的選擇
因開關電源模塊工作效率高,,一般可達到80%以上,,故在其輸出MTD2002電流的選擇上,應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流,,以使被選用的開關電源具有高的性能價格比,。

通常輸出計算公式為:


3.2接地
開關電源比、線性電源會產(chǎn)生更多的干擾,,對共膜干繞敏感的用電設備,,應采取接地和屏蔽措施。按ICEIO00,、FCC等EMC限制,,開關電源均采用 EMC電磁兼容措施,因此開關電源一般帶有EMC電磁兼容濾器,。如利華技術的HA系列開關電源將其FG端子接大地或接用戶機殼,,方能滿足上述電磁兼容的要求。

3.3保護電路
開關電源模塊在設計中需具有過流過熱短路等保護功能,,故在設計時應首先保護功能齊備的電源模塊,,并且其保護MTD2002電路的技術參數(shù)應與用電設備的工作特性相匹配,以避免損壞用電設備或開關電源,。

4 開關電源技術的發(fā)展動向

開關電源的發(fā)展方向是高頻,、高可靠、低耗,、低噪聲,、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕,、小,、簿的關鍵技術是高頻化,因此,,國外各大開關電源制造商都致力于同步開發(fā)新型智能化的元器件,,特別是該變二次整流器件的損耗,,并在功率鐵氧體(Mn.Zn)材料上加大科技創(chuàng)新,以提高在高頻和較大磁通密度(Bs)下獲得高磁性能,,而電容器的小型化也是一項關鍵技術,。

SMT技術應用使得開關電源取得了長足的進展,在MTD2002電路板兩面布星,,元器件以確保開關的輕,、小、簿,。開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關技術進行創(chuàng)新,。實現(xiàn)ZVS、ZCS的開關技術已成為開關電源的主流技術,。并大幅度提高了開關電源的工作效率,。對于可靠性指標,美國的開關電源模塊生產(chǎn)商通過降低運行電流和溫度等措施以減少器件的應力,,使得開關可靠性大大提高,。

模塊化是開關電源模塊發(fā)展的總體趨式,可以采用模塊電源組分布式電元源系統(tǒng),,可以設計成N I亢余電源系統(tǒng),,并實現(xiàn)聯(lián)系方式的容量擴展,。而采用部分諧板轉換MTD2002電路技術,,在理論上既可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲,但部分諧振轉換電路技術,,在理論上既可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲,,但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術應用問題,故仍需在理論上既可實現(xiàn)MTD2002高頻化又可降低噪聲,,但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題,,故仍需在這一領域開展大量工作,以使得該項技術得以應用,。

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