《新型开关电源及其应用》

上传时间:2021-10-07

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《新型开关电源及其应用》
    目前空间技术、计算机、通信、雷达、电视及家用电器中的电源逐渐被开关电源取代。现在 一般应用的串联调整稳压电源,是连续控制的线性稳压电源.这种传统的串联稳压器,调整管 总是工作于放大区,流过的电流是连续的。这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差、效率低,一般只有35〜60%。由于调整管上损耗较大的功率,所以需要采用大功率调整管并装有 体积很大的散热器。
    开关电源的调整管工作在开关状态,功率损耗小,效率可高达70〜95%,稳压器体积小、 重量轻,调整管功率损耗较小,散热器也随之减小。此外,开关频率工作在几十kHz,滤波电感、 电容可用较小数值的元件,允许的环境温度也可以大大提高。但是,由于调整元件的控制电路 比较复杂,输出的纹波电压较高,瞬态响应较差。所以开关电源的应用也受到一定限制。
    电子装置的小型轻量化关键是供电电源的小型轻量化,因此,需要尽可能地降低电源电路 中的损耗。开关电源基本上是半导体器件的开关工作,从原理上讲是低损耗的,但是半导体开 关工作也必然存在着开关损耗,而且损耗随着开关频率成比例地增加。
    另一方面,开关电源中必须采用变压器、电抗器等磁性元件以及平滑滤波用的电容元件, 开关频率高,可使这些元件小型化,然而,开关频率提高时,这些元件的损耗也随之增加。
    目前市售的开关电源中采用双极型晶体管时,开关频率达100kHz;采用MOSFET时,开 关频率达500kHz₀为提高开关频率必须减小开关损耗,随之需要采用高速开关元件。然而,电 源高速开关工作时,电路中存在的分布电感与电容,会由于二极管蓄积电荷的影响产生浪涌电 压与噪声,不但影响周围电子设备的工作,而且也使电源本身的可靠性显著地降低。
    为防止开关工作产生的噪声,要采用RC或LC吸收电路,对于二极管蓄积电荷产生的浪 涌电压要采用非晶磁芯、矩形磁芯的磁吸收电路。然而,对于MHz以上的开关工作频率可利 用谐振电路,加在开关两端的电压或通过开关的电流为正弦波,这样,减少开关损耗的同时可 抑制浪涌电压。这种工作方式称为谐振开关方式,目前正在研制中。谐振开关方式可以极大地. 提高开关速度,原理上开关损耗为零,噪声也很小,这是提高开关电源工作频率的一种最有效 方式。采用谐振开关方式的几MHz变换器已实用化,美国已研制成功20MHz以上工作频率 的变换器。利用谐振现象使开关损耗接近于零.消除电压或电流浪涌,零电压或零电流开关谐 振变换器也研制成功。
    有效利用磁性元件对于提高开关电源技术是极其重要的。作为高可靠性控制元件是采用 磁放大器,而非晶磁芯在此起着关键性作用。然而,开关频率达到MHz以上时,期待着开发几 Am厚膜非晶磁材料。开关电源的高频化也需要采用非晶磁芯的吸收电路。另外,采用高频铁 氧体磁芯与准晶质超急冷磁芯作为主变压器的磁芯也需要研制。
    开关电源的集成化与小型化正在变为现实,目前正在研制开发主开关与控制电路集成于
同一芯片的集成模块。然而,把功率开关与控制电路包括反馈电路都集成于同一芯片上,必须 解决电气隔离与热绝缘的问题,这是今后一大课题。
    目前,世界各国正在大力研制开发新型开关电源,因这是节约能源的重大举措。为了赶上 和超过世界先进技术水平,国内很多单位正在研制和应用,不断地向高频化、线路简单化和控 制电路集成化方向发展。

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