开关电源技术发展趋势浅谈

开关电源技术发展趋势浅谈
2009-12-3 7:45:23
开关电源是利用现代电力电子技术,采用功率半导体器件作为开关,通过控制开 关晶体管开通和关断的时间比率(占空比),调整输出电压,维持输出稳定的一种电 源.早在 20 世纪 80 年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机电源换 代,进入 90 年代开关电源已广泛应用在各种电子,电器设备,程控交换机,通讯, 电力检测设备电源和控制设备电源之中.开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控 制 IC 和 MOSFET 构成.开关电源和线性电源相比,两者的成本都随着输出功率的增 加而增长,但两者增长速率各异.线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关 电源,这一点称为成本反转点.随着电力电子技术的发展和创新,使的开关电源技术 也不断的创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,从而为开关电源提供了广 阔的发展空间. 开关电源高频化使其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源更进 入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高技术产品的小型化, 轻便化.另外开关电源的发展与应用在节约能源,节约资源及保护环境方面都具有重 要的意义. 开关电源的发展方向是高频,高可靠,低耗,低噪声,抗干扰和模块化.由于开 关电源轻,小,薄的关键技术是高频化,因此国外各在开关电源制造商都致力同步开 发新型高智能化的元器件,特别是改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体 (Mn-Zn)材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)下获得高的 磁性能,而电容器的小型化也是一项关键技术.SMT 技术的应用使得开关电源取得 了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻,小薄.开关电源的 高频化就必然对传统的 PWM 开关技术进行创新, 实现 ZVS, ZCS 的软开关技术已成 为开关电源的主流技术,并大幅提高了开关电源的工作效率.对联高可靠性指标,美 国的开关电源生产商通过降低运行电流,降低结温等措施以减少器件的应力,使得产 品的可靠性大大提高. 模块化是开关电源发展的总体趋势,可以用模块化电源组成分布式电源系统,可 以设计成 N+1 冗余电源系统,并实现并联方式的容量扩展.针对开关电源运行噪声 大这一缺点,若单独追求高频化,其噪声也必将随着增大,而用部分谐振转换电路技 术,在理论上即可实现高频化又可降低噪声,但部分谐振转换技术实际应用仍存在着 技术问题,故仍需在这一领域开展大量的工作,使得多项技术得以实用化.电力电子 技术的不断创新,开关电源产业有着广阔的发展前景.要加快我国开关电源产业的发 展速度就必须走技术创新之路,走出有中国特色的产学研联合发展之路,为我国国民 经济的高速发展做出贡献.


开关电源发展趋势
标签:转贴 开关 电源 发展 趋势 时间:2008-09-25 10:48:40 点击:1267 回帖:5 上一篇:艺术品复制技术下一篇:[转贴]光电传感器基础知识 随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多,电子设备与人 们的工作,生活的关系日益密切.任何电子设备都离不开可靠的电源,它们对电源的要求也越来越高.电 子设备的小型化和低成本化使电源以轻,薄,小和高效率为发展方向. 传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源.这种传统稳压电源技术比较成熟,并且 已有大量集成化的线性稳压电源模块,具有稳定性能好,输出纹波电压小,使用可靠等优点.但其通常都 需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器.由于调整管工作在线性放大状态,为了保 证输出电压稳定,其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差,导致调整管功耗较大,电源效率很低, 一般只有45%左右. 另外,由于调整管上消耗较大的功率,所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器,很难满足现 代电子设备发展的要求.20世纪50年代,美国宇航局以小型化,重量轻为目标,为搭载火箭开发了开 关电源.在近半个多世纪的发展过程中,开关电源因具有体积小,重量轻,效率高,发热量低,性能稳定 等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源,并广泛应用于电子整机与设备中.20世纪80年代, 计算机全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代.20世纪90年代,开关电源在电子,电器 设备,家电领域得到了广泛的应用,开关电源技术进入快速发展期. 开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关,通过控制开关的占空比调整输出电压.以功率晶体管 (GTR)为例,当开关管饱和导通时,集电极和发射极两端的压降接近零;当开关管截止时,其集电极 电流为零.所以其功耗小,效率可高达70%-95%.而功耗小,散热器也随之减小.开关型稳压电源 直接对电网电压进行整流,滤波,调整,然后由开关调整管进行稳压,不需要电源变压器.此外,开关工 作频率为几十千赫,滤波电容器,电感器数值较小.因此开关电源具有重量轻,体积小等优点. 另外,由于功耗小,机内温升低,提高了整机的稳定性和可靠性.而且其对电网的适应能力也有较大 的提高,一般串联稳压电源允许电网波动范围为220±10%,而开关型稳压电源在电网电压在110- 260伏范围内变化时,都可获得稳定的输出电压. 开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术,高频化带来的效益是使开关电源装置空前地小型化,并使 开关电源进入更广泛的领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化,轻便化.另 外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义. 目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管,开关频率可达几十千赫;采用MOSFET的开 关电源转换频率可达几百千赫.为提高开关频率,必须采用高速开关器件.对于兆赫以上开关频率的电源 可利用谐振电路,这种工作方式称为谐振开关方式. 它可以极大地提高开关速度,理论上开关损耗为零,噪声也很小,这是提高开关电源工作频率的一种 方式.采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化.开关电源的技术追求和发展趋势可以概括为以下四 个方面.


一,小型化,薄型化,轻量化,高频化———开关电源的体积,重量主要是由储能元件(磁性元件和 电容)决定的,因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积;在一定范围内,开关 频率的提高, 不仅能有效地减小电容, 电感及变压器的尺寸, 而且还能够抑制干扰, 改善系统的动态性能. 因此,高频化是开关电源的主要发展方向. 二,高可靠性———开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍,因此提高了可靠性.从寿命角度出 发,电解电容,光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命.所以,要从设计方面着眼,尽可能使 用较少的器件,提高集成度.这样不但解决了电路复杂,可靠性差的问题,也增加了保护等功能,简化了 电路,提高了平均无故障时间. 三,低噪声———开关电源的缺点之一是噪声大.单纯地追求高频化,噪声也会随之增大.采用部分 谐振转换回路技术,在原理上既可以提高频率又可以降低噪声.所以,尽可能地降低噪声影响是开关电源 的又一发展方向. 四,采用计算机辅助设计和控制———采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数,使开 关电源具有最简结构和最佳工况. 在电路中引入微机检测和控制, 可构成多功能监控系统, 可以实时检测, 记录并自动报警等. 开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的.高频化的实现,需要相应的 高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件.发展功率MOSFET,IGBT等新型高速器件,开发高 频用的低损磁性材料, 改进磁元件的结构及设计方法, 提高滤波电容的介电常数及降低其等效串联电阻等, 对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用. 总之,人们在开关电源技术领域里,边研究低损耗回路技术,边开发新型元器件,两者相互促进并推 动着开关电源以每年超过两位数的市场增长率向小型,薄型,高频,低噪声以及高可靠性方向发展.
浅谈开关电源技术发展趋势
2009-08-03 来源:工控商务网 浏览:131
开关电源因具有体积小,重量轻,效率高,发热量低,性能稳定等优点而逐渐取代传统 技术制造的连续工作电源,并广泛应用于电子整机与设备中.20 世纪 80 年代,计算机全面 实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代.20 世纪 90 年代,开关电源在电子,电器 设备,家电领域得到了广泛的应用,开关电源技术进入快速发展期. 开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关,通过控制开关的占空比调整输出电压. 以功率晶体管(GTR)为例,当开关管饱和导通时,集电极和发射极两端的压降接近零;当开 关管截止时,其集电极电流为零.所以其功耗小,效率可高达 70%-95%.而功耗小,散热器 也随之减小.开关型稳压电源直接对电网电压进行整流,滤波,调整,然后由开关调整管进 行稳压,不需要电源变压器.此外,开关工作频率为几十千赫,滤波电容器,电感器数值较 小.因此开关电源具有重量轻,体积小等优点. 另外,由于功耗小,机内温升低,提高了整机的稳定性和可靠性.而且其对电网的适应 能力也有较大的提高,一般串联稳压电源允许电网波动范围为 220±10%,而开关型稳压电 源在电网电压在 110-260 伏范围内变化时,都可获得稳定的输出电压.


开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术, 高频化带来的效益是使开关电源装置空 前地小型化,并使开关电源进入更广泛的领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新 技术产品的小型化, 轻便化. 另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有 深远的意义. 目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管,开关频率可达几十千赫;采用 MOSFET 的开关电源转换频率可达几百千赫.为提高开关频率,必须采用高速开关器件.对 于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路,这种工作方式称为谐振开关方式. 它可以极大地提高开关速度,理论上开关损耗为零,噪声也很小,这是提高开关电源工 作频率的一种方式. 采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化. 开关电源的技术追求和 发展趋势可以概括为以下四个方面. 一,小型化,薄型化,轻量化,高频化———开关电源的体积,重量主要是由储能元件 (磁性元件和电容) 决定的, 因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的 体积;在一定范围内,开关频率的提高,不仅能有效地减小电容,电感及变压器的尺寸,而 且还能够抑制干扰,改善系统的动态性能.因此,高频化是开关电源的主要发展方向. 二, 高可靠性———开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍, 因此提高了可靠 性. 从寿命角度出发, 电解电容, 光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命. 所以, 要从设计方面着眼,尽可能使用较少的器件,提高集成度.这样不但解决了电路复杂,可靠 性差的问题,也增加了保护等功能,简化了电路,提高了平均无故障时间. 三,低噪声———开关电源的缺点之一是噪声大.单纯地追求高频化,噪声也会随之增 大.采用部分谐振转换回路技术,在原理上既可以提高频率又可以降低噪声.所以,尽可能 地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向. 四,采用计算机辅助设计和控制———采用 CAA 和 CDD 技术设计最新变换拓扑和最佳 参数,使开关电源具有最简结构和最佳工况.在电路中引入微机检测和控制,可构成多功能 监控系统,可以实时检测,记录并自动报警等. 开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的. 高频化的实现, 需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件.发展功率 MOSFET,IGBT 等新型高 速器件,开发高频用的低损磁性材料,改进磁元件的结构及设计方法,提高滤波电容的介电 常数及降低其等效串联电阻等,对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用.













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