1 開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源的發(fā)展過程
　　開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān),，通過控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率（占空比）,，調(diào)整輸出電壓，維持輸出穩(wěn)定的一種電源,。早在20世紀(jì)80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)電源換代,，進(jìn)入90年代開關(guān)電源已廣泛應(yīng)用在各種電子,、電器設(shè)備，程控交換機(jī),、通訊,、電力檢測設(shè)備電源和控制設(shè)備電源之中。開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成,。開關(guān)電源和線性電源相比,，兩者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但兩者增長速率各異,。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上,，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn),。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新,，使的開關(guān)電源技術(shù)也不斷的創(chuàng)新,，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，從而為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間,。
開關(guān)電源高頻化使其發(fā)展的方向,，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源更進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,，推動(dòng)了高技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化,。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源,、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。
2 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢
　　開關(guān)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(guān)電源輕、小,、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化,，因此國外各在開關(guān)電源制造商都致力同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善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,，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進(jìn)展,，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕,、小薄,。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)ZVS,、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù),，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對聯(lián)高可靠性指標(biāo),，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運(yùn)行電流,，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高,。
模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢,，可以用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N+1冗余電源系統(tǒng),，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展,。針對開關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn),，若單獨(dú)追求高頻化，其噪聲也必將隨著增大,，而用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù),，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題,，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作,，使得多項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化。電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新,，開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景,。要加快我國開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路,，為我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展做出貢獻(xiàn),。
3 開關(guān)電源的分類
　　隨著電力電子器件和開關(guān)變頻技術(shù)幾乎同步開發(fā)的前提下，兩者相互促進(jìn)與推動(dòng),，開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率,，向輕、小,、薄,、低噪聲、高可靠,、抗干擾的方向發(fā)展,。開關(guān)電源科分為AC/DC" title="AC/DC">AC/DC和DC/DC" title="DC/DC">DC/DC兩大類。DC/DC變換器" title="變換器">變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化,、成熟化和標(biāo)準(zhǔn)化,。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,。
3.1 DC/DC變換
　　DC/DC變換是將固定的直流電壓" title="直流電壓">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：脈寬調(diào)制" title="脈寬調(diào)制">脈寬調(diào)制方式（Ts不變，改變ton）和頻率調(diào)制方式（ton不變,，改變Ts）兩種,。前者較為通用，后者容易產(chǎn)生干擾,。其具體電路有Buck電路（降壓斬波器,，其輸出平均小于輸入電壓，極性相同）,、Boost電路（升壓斬波器,，其輸出平均電壓大于輸入電壓,，極性相同）、Buck—Boost電路（降壓或升壓斬波器,，電感傳輸方式,。其輸出平均電壓大于或小于輸出電壓，極性相反）和Cuk電路（降壓或升壓斬波器,，電容傳輸方式,。其輸出平均電壓大于或小于輸入電壓，極性相反）四種,。
　　當(dāng)今世界軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC變換器發(fā)生了質(zhì)得變化和飛躍,。美國VICOR公司設(shè)計(jì)制造得多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，最大輸出功率有300W,、600W,、800W等，相應(yīng)得功率密度為（6.2,、10,、17）W/cm3，效率為（80—90）%,。日本NemicLambda公司最新推出得一種采用軟開關(guān)技術(shù)得高頻開關(guān)電源模塊RM系列,，其開關(guān)頻率為200—300KHz,功率密度已達(dá)27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管）,，使整個(gè)電路效率提高到90%,。
3.2 AC/DC變換器
AC/DC變換器是將交流電壓變換成直流電壓，其功率流向可以是雙向的功率六由電源流向負(fù)載的稱為“整流”,，功率六有負(fù)載返向電源的稱為“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器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn),，（如UL,、CCE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC,、CSA）,，交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制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(dòng)作，使得解決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(shè)計(jì)提出了很高的要求,，由于同樣的原因,，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作效率達(dá)到一定的滿意程度,。
AC/DC變換按電路的接線方式右分為,，半波電路、全波電路,。按電源相數(shù)可分為,，單相。按電路工袋子和象限又可分為一象限,、二象限,、三象限、四象限,。
4.開關(guān)式穩(wěn)壓電源的工作原理
4.1開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理
開關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種,。調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源在實(shí)際開發(fā)和應(yīng)用的中使用得較多，因此,，就以調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源為例說明其基本工作原理：調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理可參見圖1,。對于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度,，脈沖越寬,，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓Ｕ當(dāng)Um與T不變時(shí),，直流平均電壓Uo與脈沖寬度T1成正比,。這樣，只要我們設(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄,，即可達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的,。
Um為矩形脈沖最大電壓值；T為矩形脈沖周期,；T1為矩形脈沖寬度,。
4.2 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理電路
開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖2所示。交流電壓經(jīng)整流,、濾波電路整流濾波后,，輸出一個(gè)含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，再經(jīng)高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波,，最后再經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?br /> 控制電路由取樣器,、比較器、振蕩器,、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路組成（目前已集成化）,。主要起控制高頻開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間比,，即脈沖寬度的占空比,，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的,。開關(guān)電源的典型電路主要有單端反激式開關(guān)電源、單端正激式開關(guān)電源,、自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源,、推挽式開關(guān)電源、降壓式開關(guān)電源,、升壓式開關(guān)電源,、反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源。
5 開關(guān)電源在醫(yī)學(xué)儀器中的應(yīng)用
　　近二十年來,，開關(guān)電源已廣泛應(yīng)用在心電圖機(jī),、超聲診斷儀和CT等醫(yī)療儀器設(shè)備之中。本文以美國GE公司專門為CT機(jī)設(shè)計(jì)的CT MAX640型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源為例加以介紹,。該電源由軟啟動(dòng)控制電路,、220/110V自動(dòng)識(shí)別電路、晶體管開關(guān)電路（輔助電源）,、脈寬調(diào)制（PWM）,、驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。
5.1軟啟動(dòng)控制電路
由TR104,、TRC101,、THF101、R113,、R114,、R116等組成。開機(jī)瞬間TRC101截止,，電流流過THF101,、限流電阻R113、R114,，輔助開關(guān)電源開始接入直流300V時(shí),，光電耦合器PC101導(dǎo)通。同時(shí),，振蕩波形經(jīng)T101耦合,，D106整流、C128濾波,，輸出一直流電壓,，TR104飽和導(dǎo)通。當(dāng)R116上的直流壓降達(dá)到可控硅TEC101觸發(fā)電壓時(shí)而導(dǎo)通,，此時(shí)THF101,、R113、R114失去作用，從而實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)時(shí)減少整流橋和濾波電容沖擊電流的作用,，即軟啟動(dòng)
5.2 自動(dòng)識(shí)別電路
由IC101,、TRC102、TR101,、SS102,、R101、R112等組成,。當(dāng)輸入220V交流電時(shí),，TRC102截止，220V經(jīng)硅橋SS101整流,，濾波后輸出A,、B兩組電壓，TR103集電極輸出300V直流電壓,；當(dāng)輸入110V交流電壓時(shí),，IC1013腳的輸出電壓使可控硅TRC102導(dǎo)通，K點(diǎn)與硅橋的110V輸入端相連接,，再經(jīng)倍壓整流電路（SS101,、C109-112、R120,、R121）輸出300V直流電壓,。為輔助開關(guān)電源及脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路供電。
5.3 晶體管開關(guān)電路又稱輔助電源
由TR103,、T101,、TR102等組成。由T1015,、6腳耦合過來的交變信號(hào),，經(jīng)D108整流、C127濾波后輸出C,、X正壓,，為脈寬調(diào)制電路、風(fēng)扇檢測電路,、+5V誤差放大負(fù)反饋控制電路供電,。
5.4 脈寬調(diào)制（PWM）及驅(qū)動(dòng)放大電路
　　由IC201、T103,、TR206,、T201、PC202,、TR203,、TR204、TR211等組成。IC201的14腳是+5V基準(zhǔn)電壓,，IC601的輸出控制光電耦合管PC202,，然后再控制IC201的2腳，通過改變脈沖寬度的占空比,，從而獲得穩(wěn)定的+5V電壓。R211,、C205分別接在5,、6腳，再與IC201內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生頻率為200KHz,、最大電流1.2A的三角波,，經(jīng)互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路（TR204-207）放大，驅(qū)動(dòng)晶體管放大器（TR208-211）,，最后經(jīng)變壓器T201輸出,。D205、D206,、C212和T201的P,、Q端組成緩沖電路，起降低驅(qū)動(dòng)管功耗的作用,。+5V電壓再經(jīng)大型整流濾波電路（SS501-508,、L501、L502,、C501-525）整流,、濾波后輸出。風(fēng)扇檢測電路由D701,、C701,、TR702-704、PC701等組成,。當(dāng)風(fēng)扇出現(xiàn)故障時(shí),，PC701的光傳感器截止，PC202上的光傳感器也截止,，IC201的2腳無控制電壓,，此時(shí)整機(jī)無+5V電壓輸出。IC601,、IC602,、PC701、PC201,、T101,、D601、C601等組成+5V誤差放大負(fù)反饋控制電路。