開關(guān)電源的原理和發(fā)展趨勢(shì)

   隨著電子產(chǎn)品輕、薄、小的發(fā)展趨勢(shì),要求電子元件體積更小,耗能更低。開關(guān)電源作為電子設(shè)備中不可或缺的組成部分也在不斷的改進(jìn)。高效率、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化,成了開關(guān)電源的發(fā)展方向。

  高效率。為了使開關(guān)電源輕、小、薄,高頻化(開關(guān)頻率達(dá)兆赫級(jí))是必然發(fā)展趨勢(shì)。而高頻化又必然使傳統(tǒng)的PWM開關(guān)(屬硬開關(guān))功耗加大,效率降低,噪聲也提高了,達(dá)不到高頻、高效的預(yù)期效益,因此實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通、本電流關(guān)斷的軟開關(guān)技術(shù)將成為開關(guān)電源產(chǎn)品未來的主流。采用軟開關(guān)技術(shù)可使效率達(dá)到~%。

  高可靠。開關(guān)電源比連續(xù)工作電源使用的元器件多數(shù)十倍,因此降低了可靠性。從壽命角度出發(fā),電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。追求壽命的延長要從設(shè)計(jì)方面著眼,而不是從使用方面著想。美國一公司通過降低給溫、減少器件的電應(yīng)力、降低運(yùn)行電流等措施使其DC/DC開關(guān)電源系列產(chǎn)品的可靠性大大提高,產(chǎn)品的MTBF高達(dá)00萬小時(shí)以上。

  模塊化。無論是AC/DC或是DC/DC或是變換器都是朝模塊化方向發(fā)展。其特點(diǎn)是:可以用模塊電源組成分布式電源系統(tǒng);可以設(shè)計(jì)成N+冗余電源系統(tǒng),從而提高可行性;可以做成插入式,實(shí)現(xiàn)熱更換,從而在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)能高速更換模塊插件;多臺(tái)模并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)。此外,還可以在電源系統(tǒng)建成后,根據(jù)發(fā)展需要不斷擴(kuò)充容量。

  低噪聲。開關(guān)電源的又一缺點(diǎn)是噪聲大,單純追求高頻化,噪聲也隨之增大,采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù),在原理上既可以高頻化,又可以低噪聲。但諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)也有其難點(diǎn),如很難準(zhǔn)確地控制開關(guān)頻率、諧振時(shí)增大了器件負(fù)荷、場(chǎng)效應(yīng)管的寄生電容易引起短路損耗、元件熱應(yīng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)管等問題難以解決。


  抗電磁干擾(EMI)。當(dāng)開關(guān)電源在高頻下開關(guān)時(shí),其噪聲通過電源線產(chǎn)生對(duì)其它電子設(shè)備的干擾,世界各國已有抗EMI的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn),如美國的FCC、德國的VDE等,研究開發(fā)抗EMI的開關(guān)電源日益顯行生要。


  高頻化,開關(guān)電源發(fā)展的方向

  開關(guān)電源成為現(xiàn)代電子設(shè)備中不可缺少的部分,要實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化的發(fā)展,高頻化是關(guān)鍵技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的高頻化涉及到開關(guān)的損耗和電子兼容性以及材料性能等各方面的技術(shù)要求,目前在這些方面生產(chǎn)和應(yīng)用控制并不是十分成熟。


  因此對(duì)于開關(guān)電源的高頻化發(fā)展,業(yè)內(nèi)存在不同的聲音。有的認(rèn)為開關(guān)電源高頻化是發(fā)展的方向,也有的認(rèn)為這一說法還需要商榷,更多的則認(rèn)為開關(guān)電源高頻化的程度應(yīng)該根據(jù)電源種類而定。本刊記者就此采訪了業(yè)內(nèi)相關(guān)人士,收集了行業(yè)內(nèi)不同的說法。

  開關(guān)電源高頻化不會(huì)受阻

  高頻化是高頻開關(guān)電源的發(fā)展方向并不會(huì)因?yàn)楦哳l開關(guān)電源的“損耗大、材料性能要求高”等相關(guān)問題而受到阻礙。相反,這些相關(guān)的配套產(chǎn)業(yè)應(yīng)該加快發(fā)展,適應(yīng)開關(guān)電源高頻化的要求。特別是模塊電源的發(fā)展要求電路的集成化程度越來越高,電子產(chǎn)品輕、薄、小的發(fā)展趨勢(shì)要求電子元件在體積上必須壓縮、小型化。開關(guān)電源高頻化就是順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)技術(shù)要求,特別是在PC電源、筆記本電腦、通信產(chǎn)品、手機(jī)等電子產(chǎn)品開關(guān)電源是必不可少的。


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