单片开关电源的发展及其应用
单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。它于90 年代中、后期相继问世后，便显示出强大的生命力，目前它成为国际上开发中、小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。由它构成的开关电源，在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，而电源效率显著提高，体积和重量则大为减小。这就为新型开关电源的推广与普及，创造了良好条件。
开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。近20 多年来，集成开关电源沿着下述两个方向不断发展。第一个方向是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化。1997 年国外首先研制成脉宽调制（PWM）控制器集成电路，美国摩托罗拉公司、硅通用公司（Silicon General）、尤尼特德公司（Unitrode）等相继推出一批PWM 芯片，典型产品有MC3520 、SG3524 、UC3842 。90 年代以来，国外又研制出开关频率达1MHz 的高速PWM 、PFM（脉冲频率调制）芯片，典型产品如UC1825 、UC1864 。第二个方向则是对中，小功率开关电源实现单片集成化。这大致分两个阶段：80 年代初意－法半导体有限公司（SGS－Thomson）率先推出L4960 系列单片开关式稳压器。该公司于90 年代又推出了L4970A 系列。其特点是将脉宽调制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中，使用时需配工频变压器与电网隔离，适于制作低压输出（5.1～40V）、大中功率（400W 以下）、大电流（1.5A～10A）、高效率（可超过90%）的开关电源。但从本质上讲，它仍属DC/DC 电源变换器。
1994 年，美国动力（Power）公司在世界上首先研制成功三端隔离式脉宽调制型单片开关电源，被人们誉为“顶级开关电源”。其第一代产品为TOPSwitch 系列，第二代产品则是1997 年问世的TOPSwitch-II 系列。该公司于1998 年又推出了高效、小功率、低价格的四端单片开关电源TinySwitch 系列。在这之后，Motorola 公司于1999 年又推出MC33370 系列五端单片开关电源，亦称高压功率开关调节器（HighVoltage Power Switching Regulator）。目前，单片开关电源已形成四大系列、近70 种型号的产品。
TOPSwitch-11
根据封装形式，TOPSwitch－II 可划分成三种类型：TOP221Y~227Y（TO-220 封装），TOP221P~224P（DIP-8 封装），TOP221G~224G（SMD-8 封装），产品分类详见表１。其中以TOP227Y 的输出功率为最大。
2.1 TOPSwitch-11
(1)TOPSWitch-II 内部包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断／自动重启动电路。它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，使用安全可靠。它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。由于采用CMOS 电路，使器件功耗显著降低。
(2)只有三个引出端：控制端C 、源极S 、漏极D，可同三端线性稳压器相媲美，能以最简方式构成无工频变压器的反激式开关电源。为完成多种控制、偏置及保护功能，C 、D 均属多功能引出端，实现了一脚多用。以控制端为例，它具有三项功能：①该端电压VC 为片内并联调整器和门驱动级提供偏压；②该端电流IC 能调节占空比；③该端还作为电源支路与自动重启动／补偿电容的连接点，通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率，并对控制回路进行补偿。
(3)输入交流电压的范围极宽。作固定电压输入时可选220V ±15%交流电，若配85~265V 宽范围变化的交流电，最大输出功率要降低40%。开关电源的输入频率范围是47~440Hz 。
(4)开关频率典型值为100KHz，占空比调节范围是1.7%～67%。电源效率为80%左右，最高可达90%，比线性集成稳压电源提高近一倍。其工作温度范围是0～70 ℃芯片最高结温Tjm=135 ℃。
(5)TOPSwitch-II 的基本工作原理是利用反馈电流IC 来调节占空比D，达到稳压目的。举例说明，当由于某种原因致使开关电源的输出电压VOT 时，经过光耦反馈电路就使Ic↑→误差电压Vrt→D↓→Vo↓，使Vo 保持不变。反之亦然。
(6)外围电路简单，成本低廉。外部仅需接整流滤波器、高频变压器、初级保护电路、反馈电路和输出电路。采用此类芯片还能降低开关电源产生的电磁干扰。
2.2
TOPSwitch-II 可广泛用于仪器仪表、笔记本电脑、移动电话、电视机、VCD 和DVD 、摄录像机、电池充电器、功率放大器等领域，并能构成各种小型化、高密度、低成本的开关电源模块。此外，它还适合构成后备式开关电源，非隔离式开关电源、恒流恒压输出开关电源，供无线通信用的DC/DC 电源变换器、恒功率调节器、功率因数补偿器等。
2.3
(1)TOPSwitch-II 的反馈电路中需配光电耦合器与输出电路隔离。设计精密开关电源时，还应增加一片TL431 型可调式精密关联稳压器，由它构成外部误差放大器，来代替取样电路中的稳压管。精密开关电源的电压调整率Sv 、电流调整率Sl 均可达±0.2%左右，接近于线性集成稳压电源的指标。
(2)应选用电流传输比（CTR）能线性变化的光电耦合器，如PC817A，NEC2501 、6N137 等型号，不推荐采用4N25 、4N35 等4N ××型普通光耦。后者的线性度差，传输模拟信号时会造成失真，影响开关电源的稳压性能。
(3)高频变压器的初级必须设置保护电路，用以吸收漏感引起的尖峰电压，确保MOSFET 不被损坏。这种保护电路应并联在初级上，具体有4 种设计方案：①由瞬变电压抑制二极管（TVS）和超快恢复二极管（SRD）组成钳位电路；②由TVS 与硅整流管（VD）构成的钳位电路；③由阻容元件与SRD 构成的吸收电路；④由阻容件与VD 构成的吸收电路。上述方案中以①的效果最佳，能充分发挥TVS 响应速度极快、可承受高能量瞬态脉冲之优点。方案②次之。
(4)使用芯片时需加合适的散热器。对于TO-220 封装，可直接装在小散板上。对于DIP-8 和SMD-8 封装的可将4 个源极焊在面积为2.3 的印制板敷铜箔上代替散热片。
(5)为抑制从电网引入的干扰，也防止开关电源产生的干扰向外部传输，需在电源进线端增加一级电磁干扰滤波器（EMI filter）亦称电源噪声滤波器（PNF）。
(6)使用此类芯片时，源极引线要尽量短。为使空载或轻载时输出电压稳定，应在稳压电源输出端接一只几百欧的电阻作为最小负载，亦可并联一只稳压管。 TinySwitch
TinySwitch 是Power 公司新推出的一种高效、小功率四端单片开关电源。因所构成开关电源的体积很小，故称TinySwitch 微型开关系列。它比三端单片开关电源增加一个使能端，使用更加方便灵活。TinySwitch 系列性优价廉，外围电路非常简单，特别适合制作10W 以下的微型开关电源或待机电源，是取代效率低、体积较大的小功率线性稳压电源的理想产品。
3.1TinySwitch
(1)TinySwitch 有DIP-8 、SMD-8 两种封装形式、6 种型号。产品分类见表2 。尽管采用8 脚封装，实际上只有四个脚：S 、D 、BP（相当于控制端）、EN（使能端），因此等效于四端器件。利用使能端可从外部关断MOSFET，并且在快速上电时输出电压无过冲现象、掉电时MOSFET 也无频率倍增现象。
(2)高效、小功率输出。选220V 交流电源时，其空载功耗低于60mW 。它适宜制作0～10Ｗ的小功率、低成本开关电源，比线性稳压电源大约可节电38%。
(3)采用开／关控制器来代替PWM 对输出电压进行调节。开／关控制器可等效为脉冲频率调制器（PFM），其调节速度比普通的PWM 更快，对纹波抑制能力更强。
(4)与TOPSwitch-II 相比，它在电路设计上颇具特色。第一，交流输入端可省掉EMI 滤波器；第二，初级保护电路不需使用TVS，仅用RC 电路即可吸收尖峰电压；第三，不用反馈线圈及相关电路，也不加回路补偿元件；第四，芯片内部增加了使能检测与逻辑电路。
3.2TinySwitch
该系列产品适合制作手机电池恒压恒流充电器、IC 卡付费电度表中的小型开关电源模块，以及微机、彩电、摄录像机等高档家用电器中的待机电源。例如，目前生产的大屏幕彩电均具有待机功能，使用遥控器关闭电源之后，即进入待机状态。此时彩电中开关电源的功率开关管呈关断状态，改由待机电路继续给CPU 供电，使整机功耗降至最低。由TNY253P 可构成5V 、1.3W 的彩电待机电源。它利用彩电主电源产生的直流高压作输入电压，的允许范围是120～375V（视彩电型号而定），而Vo=+5V 。使用一片TNY255P 则可构成PC 机的5V 、2A 待机电源。由TNY254P 构成的+6.7V 、3.6W 手机电池恒压、恒流充电器，能在85～265V 交流输入电压范围内，对6V 镍氢（NIMH）电池充电。此外，TinySwitch 还适合制作小型家电（如随身听）的适配器（adapter），将220V 交流电源变成所需直流稳压电源。这种适配器不仅没有笨重的变压器，而且效率高、体积小、稳压性能好，能完全取代目前市售的各种插头式AC/DC 变换器。
4 MC33370
MC33370 系列包括MC33369～MC33374 五种规格、17 种型号。以TO-220 五脚直弯式封装为例，其产品分类见表3。表中的RDS（ON）表示漏－源极导通电阻，ID（PK）代表漏极峰值电流。
4.1 MC33370
(1)它比TOPSwitch-II 增加了电源端（Vcc）和状态控制器的输入端（State Control input）；芯片内部增加了欠压锁定比较器、外部关断电路和可编程状态控制器。其性价比要优于TOPSwitch-II，而外围电路更趋简单。
(2)利用可编程状态控制器及外部模式选择电路，能实现多种控制方式（包括手动控制、由微控制器MCU 操作、数字电路控制、禁止操作等），实现工作状态与备用状态的互相切换。
(3)内部集成了一只被称为“敏感场效应管（Sense FET）”的电流传感式功率开关管，用它能无功率损耗地实时检测漏极电流ID 的大小，进行过流保护。
(4)当交流电源为固定值或变化率不超过±20%时，允许去掉高频变压器的反馈线圈以及相关的高频滤波电路。这有助于进一步简化外围电路，降低开关电源的成本。为满足特殊应用的需要，还可给开关电源增加软启动功能。
(5)电源效率高。由它构成开关电源或电源模块的效率可达80%以上。在备用状态下静态功耗低至几十至几百毫瓦。
(6)占空比调节范围更宽，可达0.1～74%。脉宽调制增益的典型值为-14%／mA 。芯片的工作结温是-40～150 ℃，过热保护温度定为157 ℃（TOPSwitch-II 仅为135 ℃）。
4.2 MC33370
MC33370 系列可广泛用于办公自动化设备、仪器仪表、无线通信设备及消费类电子产品中，构成高压隔离式AC/DC 电源变换器。在作特殊应用时，还可去掉高频变压器的反馈绕组及快恢复二极管、滤波电容，改用稳压管或双极型晶体管、MOS 管来进行串联调整。此外，利用这种芯片还能制作高压步进电源。
开关电源的发展前景 提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备（如移动电话，数字相机等）尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有： 一是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。 二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的"电压-振动"变换和"振动- 电压"变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。 三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量，必须设法改进电容器的性能，提高能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。 电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求：损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注，纳米结晶软磁材料也已开发应用。 高频化以后，为了提高开关电源的效率，必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。 对于低电压、大电流输出的软开关变换器，进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流SR技术，即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管，代替萧特基二极管（SBD），可降低管压降，从而提高电路效率。
分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站（如图像处理站）、大型数字电子交换系统等的电源，其优点是：可实现DC/DC变换器组件模块化；容易实现N+1功率冗余，易于扩增负载容量；可降低48V母线上的电流和电压降；容易做到热分布均匀、便于散热设计；瞬态响应好；可在线更换失效模块等。 现在分布电源系统有两种结构类型，一是两级结构，另一种是三级结构。 由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电的电子设备，电网侧（交流输入端）功率因数仅为～。采用PFC（功率因数校正）变换器，网侧功率因数可提高到～，输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染，又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相APFC国内外开发较早，技术已较成熟；三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种，但还有待继续研究发展。 一般高功率因数AC/DC开关电源，由两级拓扑组成，对于小功率AC/DC开关电源来说，采用两级拓扑结构总体效率低、成本高。 如果对输入端功率因数要求不特别高时，将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑，构成单级高功率因数AC/DC开关电源，只用一个主开关管，可使功率因数校正到以上，并使输出直流电压可调，这种拓扑结构称为单管单级即S4PFC变换器。 电压调节器模块是一类低电压、大电流输出DC-DC变换器模块，向微处理器提供电源。 现在数据处理系统的速度和效率日益提高，为降低微处理器IC的电场强度和功耗，必须降低逻辑电压，新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V，而电流
一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算， 即Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。 从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路
图二开关电源基本电路框图 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。 ２．单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。
当今开关电源技术四大趋势 一、非隔离DC/DC技术迅速发展 近年来，非隔离DC/DC技术发展迅速。目前一套电子设备或电子系统由于负载不同，会要求电源系统提供多个电压挡级。如台式PC机就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四种电压以及待机的+5V电压，主机板上则需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。一套AC/DC中不可能给出这样多的电压输出，而大多数低压供电电流都很大，因此开发了很多非隔离的DC/DC，它们基本上可以分成两大类。一类在内部含有功率开关元件，称DC/DC转换器。另一类不含功率开关，需要外接功率MOSFET，称DC/DC 控制器。按照电路功能划分，有降压的STEP-DOWN、升压的BOOST，还有能升降压的BUCK-BOOST或SEPIC等，以及正压转成负压的INVERTOR等。其中品种最多，发展最快的还是降压的STEP-DOWN。根据输出电流的大小，分为单相、两相及多相。控制方式上以PWM为主，少部分为PFM。 在非隔离的DC/DC转换技术中，TI公司的预检测栅驱动技术采用数字技术控制同步BUCK，采用这种技术的DC/DC转换效率最高可以达到97%，其中TPS40071等是其代表产品。BOOST升压方式也出现了采用MOSFET代替二极管的同步BOOST的产品。在低压领域，增加效率的幅度很大，而且正在设法进一步消除MOSFET的体二极管的导通及反向恢复问题。 二、开关电源吹响数字化号角 目前在整个的电子模拟电路系统中，电视、音响设备、照片处理、通讯、网络等都逐步实现了数字化，而最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域了。近年来，数字电源的研究势头不减，成果也越来越多。在电源数字化方面走在前面的公司有TI和Microchip。TI公司既有DSP方面的优势，又兼并了PWM IC专业制造商UNITRODE公司，该公司已经用TMS320C28F10制成了通讯用的48V输出大功率电源模块，其中PFC和PWM 部分完全为数字式控制。现在，TI公司已经研发出了多款数字式PWM控制芯片。目前主要是UCD7000系列、UCD8000系列和UCD9000系列，它们将成为下一代数字电源的探路者。它们总体上既包括硬件部分，还要做软件编程。硬件部分包括PWM的逻辑部分、时钟、放大器环路的模数转
直流开关电源的新技术应用与发展摘要：随着电子技术和通信业的快速发展，高频开关电源的应用越来越广，开关频率的持续提高使开关电源的性能也得以进一步优化，集成度更高，功耗更低，电路更加简单，工作更加可靠，是开关电源发展的方向。目前，高频开关电源在我省广播电视各微波站得到了广泛的应用，基于此结合实际将传统电源与现代高频开关电源对比来介绍高频开关电源的新技术及其优点。 关键词：高频；谐振；开关；逆变 1 高频开关电源组成原理 高频开关整流器一般是先将交流电直接经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关电源变换成高频交流电，通过高频变压器变压隔离后，由快速恢复二极管高频整流、电感电容滤波后输出，见图1。 1．1 主电路 从交流电网输入、直流输出的全过程，包括： (1)输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。 (2)整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，并向功率因数校正电路提供稳定的直流电源。 (3)功率因数校正：位于整流滤波和逆变之间，为了消除由整流电路引起的谐波电流污染电网和减小无功损耗来提升功率因数。 (4)逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。 (5)输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 1．2 控制电路 一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。 1．3 检测电路 除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据供值班人员观察、记录。 1．4 辅助电源
单片开关电源的发展及其应用 单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。它于90 年代中、后期相继问世后，便显示出强大的生命力，目前它成为国际上开发中、小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。由它构成的开关电源，在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，而电源效率显著提高，体积和重量则大为减小。这就为新型开关电源的推广与普及，创造了良好条件。 开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。近20 多年来，集成开关电源沿着下述两个方向不断发展。第一个方向是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化。1997 年国外首先研制成脉宽调制（PWM）控制器集成电路，美国摩托罗拉公司、硅通用公司（Silicon General）、尤尼特德公司（Unitrode）等相继推出一批PWM 芯片，典型产品有MC3520 、SG3524 、UC3842 。90 年代以来，国外又研制出开关频率达1MHz 的高速PWM 、PFM（脉冲频率调制）芯片，典型产品如UC1825 、UC1864 。第二个方向则是对中，小功率开关电源实现单片集成化。这大致分两个阶段：80 年代初意－法半导体有限公司（SGS－Thomson）率先推出L4960 系列单片开关式稳压器。该公司于90 年代又推出了L4970A 系列。其特点是将脉宽调制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中，使用时需配工频变压器与电网隔离，适于制作低压输出（5.1～40V）、大中功率（400W 以下）、大电流（1.5A～10A）、高效率（可超过90%）的开关电源。但从本质上讲，它仍属DC/DC 电源变换器。 1994 年，美国动力（Power）公司在世界上首先研制成功三端隔离式脉宽调制型单片开关电源，被人们誉为“顶级开关电源”。其第一代产品为TOPSwitch 系列，第二代产品则是1997 年问世的TOPSwitch-II 系列。该公司于1998 年又推出了高效、小功率、低价格的四端单片开关电源TinySwitch 系列。在这之后，Motorola 公司于1999 年又推出MC33370 系列五端单片开关电源，亦称高压功率开关调节器（HighVoltage Power Switching Regulator）。目前，单片开关电源已形成四大系列、近70 种型号的产品。 TOPSwitch-11 根据封装形式，TOPSwitch－II 可划分成三种类型：TOP221Y~227Y（TO-220 封装），TOP221P~224P（DIP-8 封装），TOP221G~224G（SMD-8 封装），产品分类详见表１。其中以TOP227Y 的输出功率为最大。 2.1 TOPSwitch-11 (1)TOPSWitch-II 内部包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断／自动重启动电路。它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，使用安全可靠。它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。由于采用CMOS 电路，使器件功耗显著降低。 (2)只有三个引出端：控制端C 、源极S 、漏极D，可同三端线性稳压器相媲美，能以最简方式构成无工频变压器的反激式开关电源。为完成多种控制、偏置及保护功能，C 、D 均属多功能引出端，实现了一脚多用。以控制端为例，它具有三项功能：①该端电压VC 为片内并联调整器和门驱动级提供偏压；②该端电流IC 能调节占空比；③该端还作为电源支路与自动重启动／补偿电容的连接点，通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率，并对控制回路进行补偿。
Word文档可进行编辑 开关电源的原理和发展趋势 第一节高频开关电源电路原理 高频开关电源由以下几个部分组成： 一、主电路 从交流电网输入、直流输出得全过程,包括： 1、输入滤波器：其作用是将电网存在得杂波过滤,同时也阻碍本机产生得杂波反馈到公共电网. 2、整流与滤波：将电网交流电源直截了当整流为较平滑得直流电,以供下一级变换. 3、逆变：将整流后得直流电变为高
频交流电,这是高频开关电源得核心部分,频率越高,体积、重量与输出功率之比越小. 4、输出整流与滤波：依照负载需要,提供稳定可靠得直流电源. 二、操纵电路 一方面从输出端取样,经与设定标准进行比较,然后去操纵逆变器,改变其频率或脉宽,达到输出稳定,另一方面,依照测试电路提供得数据,经爱护电路鉴不,提供操纵电路对整机进行各种爱护措施. 三、检测电路 除了提供爱护电路中正在运行中各种参数外,还提供各种显示仪表数据. 四、辅助电源 提供所有单一电路得不同要求电源. 第二节开关操纵稳压原理
开关k以一定得时刻间隔重复地接通和断开,在开关k接通时,输入电源e 通过开关k和滤波电路提供给负载rl,在整个开关接通期间,电源e向负载提供能量；当开关k断开时,输入电源e便中断了能量得提供.M可见,输入电源向负载提供能量是断续得,为使负载能得到连续得能量提供,开关稳压电源必须要有一套储能装置,在开关接通时将一部份能量储存起来,在开关断开时,向负载释放.图中,由电感l、电容c2和二极管d组成得电路,就具有这种功能.电感l用以储存能量,在开关断开时,储存在电感l中得能量通过二极管d释放给负载,使负载得到连续而稳定得能量,因二极管d使负载电流连续不断,因此称为续流二极管.在ab间得电压平均值eab可用下式表示： eab=ton/t*e 式中ton为开关每次接通得时刻,t为开关通断得工作周期（即开关接通时刻ton和
开关电源研究背景历史与现状 1研究背景 2开关电源发展历史及现状 1研究背景 21世纪是信息化的时代，信息化的快速发展使得人们对于电子设备、产品 的依赖性越来越大，而这些电子设备、产品都离不开电源。开关电源相对于线性电源具有效率、体积、重量等方面的优势，尤其是高频开关电源正变得更轻，更小，效率更高，也更可靠，这使得高频开关电源成为了应用最广泛的电源。从开 关电源的组成来看，它主要由两部分组成：功率级和控制级。功率级的主要任务是根据不同的应用场合及要求，选择不同的拓扑结构，同时兼顾半导体元件考虑设计成本；控制级的主要任务则是根据电路电信号选择合适的控制方式，目前的开关电源以PWM控制方式居多。 2开关电源发展历史及现状 开关电源最早起源于上世纪50年代初，美国宇航局以小型化、轻量化、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、电气设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展时期。 历经几十年的不断发展，现代开关电源技术有了重大的进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使中小型开关电源的工作频率达到400kHz（AC/DC）或1MHz（DC/DC）；软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减小电源的体积和重量，而且提高了电源的效率；控制技术的发展和专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正（APFC）技术的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电
国内外研发状况及发展方向 国内外开关电源的研发现状 自20世纪50年代，美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。近20年来，集成开关电源沿两个方向发展。第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路，美国Motorola公司、Silicon General 公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。近些年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。1994年，美国电源集成公司(Power Integrations)在世界上率先研制成功三端隔离式PWM型单片开关电源，其属于AC/DC电源变换器。之后相继推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列产品。意-法半导体公司最近也开发出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率单片电源系列产品，并得到广泛应用[1]。目前，单片开关电源已形成了几十个系列、数百种产品。单片开关电源自问世以来便显示出强大的生命力，其作为一项颇具发展前景和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍关注。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，现己成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。 与国外开关电源技术相比，国内从1977年才开始进入初步发展期，起步较晚、技术相对落后。目前国内DC/DC模块电源市场主要被国外品牌所占据，它们覆盖了大功率模块电源的大部分以及中小功率模块电源一半的市场。但是，随着国内技术的进步和生产规模的扩大，进口中小功率模块电源正在快速被国产DC/DC产品所代替。 开关电源的使用为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率提高，能耗减少，降低了电源周围环境的室温，改善了工作人员的环境。我国邮电通信部门广泛采用开关电源极大地推动了它在其它领域的广泛应用。值得指出的是，近两年来出现的电力系统直流操作电源，是针对国家投资4000亿元用于城网、农网的供电工程改造、提高输配电供电质量而推出的，它已开始采用开关电源以取代传统的相控电源。国内一些通信公司如中兴通讯等均已相继推出系列产品。目前，国内开关电源自主研发及生产厂家有300多家，形成规模的有十多家。国产开关电源已占据了相当市场，一些大公司如中兴通讯自主开发的电源系列产品已获得广泛认同，在电源市场竞争中颇具优势，并有少量开始出口。 开关电源的发展方向 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
三极管开关原理[2009年05月21日] 2009-05-21 22:09 图1 NPN 三极管共射极电路图2 共射极电路输出特性曲 图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(Cutoff Region)、线性区(Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (V BE亦趋近于0)，
C 极与E 极间约呈断路状态，I C = 0，V CE = V CC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中(V BE = 0.7 V)，I C =h F E I B呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc h FE I B可被I B操控。若三极管在饱和区，I B很大，V BE= 0.8 V，V CE = 0.2 V，V BC = 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc，Ic与I B无关了，因此时的I B大过线性放大区的I B值，Ic 电力电子技术和开关电源的发展历程 1. 电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 1.1 整流器时代 大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 1.2 逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。 1.3 变频器时代 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT 的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。 2. 现代电力电子的应用领域 2.1 计算机高效率绿色电源 高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。 计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。 2.2 通信用高频开关电源 TOP204-单片开关电源原理及应用 1前言 开关电源自20世纪70年代开始应用以来，涌现出许多功能完备的集成控制电路，使开关电源电路日益简化，工作频率不断提高，效率大大提高，并为电源小型化提供了广阔的前景。三端离线式脉宽调制单片开关集成电路 TOP(Threeterminaloffline)将PWM控制器与功率开关MOSFET合二为一封装在一起，已成为开关电源IC发展的主流。采用TOP开关集成电路设计开关电源，可使电路大为简化，体积进一步缩小，成本也明显降低。 2.TOP开关结构及工作原理 2.1结构 TOP开关集各种控制功能、保护功能及耐压700V的功率开关MOSFET于一体，采用TO 220或8脚DIP封装。少数采用8脚封装的TOP开关，除D、C两引脚外，其余6脚实际连在一起，作为S端，故仍系三端器件。三个引出端分别是漏极端D、源极端S和控制端C。其中，D是内装MOSFET的漏极，也是内部电流的检测点，起动操作时，漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。控制端C控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。在正常操作时，内部的旁路调整端提供内部偏置电流，且能在输入异常时，自动锁定保护。源极端S是MOSFET 的源极，同时是TOP开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。 2.2工作原理 TOP包括10部分，其中Zc为控制端的动态阻抗，RE是误差电压检测电阻。RA 与CA构成截止频率为7kHz的低通滤波器。主要特点是： （1）前沿消隐设计，延迟了次级整流二级管反向恢复产生的尖峰电流冲击； （2）自动重起动功能，以典型值为5％的自动重起动占空比接通和关断； （3）低电磁干扰性（EMI），TOP系列器件采用了与外壳的源极相连，使金属底座及散热器的dv/dt=0，从而降低了电压型控制方式与逐周期峰值电流限制; （4）电压型控制方式与逐周期峰值电流限制。 下面简要叙述一下： （1）控制电压源 控制电压Uc能向并联调整器和门驱动极提供偏置电压，而控制端电流Ic则能调节占空比。控制端的总电容用Ct表示，由它决定自动重起动的定时，同时控制环路的补偿，Uc有两种工作模式，一种是滞后调节，用于起动和过载两种情况， 开关电源的原理与应用 课件下载方法： 进入综合信息门户－教学资源－网络教学综合平台中，在课程编号中输入（0806034034）－出现（开关电源的原理与应用）点击进入后－左侧信息中点击（课程互动）－左侧信息中点击（教学材料）－显示（开关电源讲义－-2011）－点击后显示（开关电源的原理与应用）-点击下载 序论 开关电源的技术领域－属于电力电子技术 电力电子技术－电力学、电子技术、控制理论三个学科的交叉 １.电力电子技术的概念及研究领域 电力电子技术（Power Electronics）是以电力电子器件（Power Electronic Device）为基础，利用电路和控制理论对电能进行交换和控制的技术，即应用于电力应用领域的电子技术。 电力电子技术也称为电力电子学或功率电子学。 电力电子技术由电力学、电子学、和控制理论三个学科交叉形成，是目前较为活跃的应用型学科。 电力电子技术通常分为器件的制造技术和电力电子电路的应用技术即变流技术两大部分。其中，器件制造技术包括各种电力电子器件的设计、制造、参数测试、模型分析等。而目前所用的电力电子器件基本都采用半导体材料制成，所以电力电子器件也称为电力半导体器件。电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。 电能有交流（Alternating Current, AC）和直流（Direct Current, DC）两大类。 交流电能有电压大小、相位、频率和相数的差别，直流电能有大小和极性的差别。 在电能的实际应用中，常常需要在两种电能之间，或是对同一种电能的一个或多个参数（如电压、电流、频率等）进行变换，这就是电力变换（Power Conversion），也就 开关电源技术发展趋势浅谈 收稿日期:2003-08 作者简介:杨碧石(1961 )男,副教授,主要从事电子技术和数字逻辑系统的设计理论与实验教学工作。 L4970A 大功率单片集成开关电源原理与应用 杨碧石 (南通职业大学电子工程系,江苏南通266007) 摘要:介绍L4970A 大功率单片集成开关电源芯片的内部结构、电路特点、工作原理和应用电路。 关键词:开关电源;应用电路;集成电路 中图分类号:TM44 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2004)01-0055-02 L4970A High power Single chip Integrated Switch power s Principle and Application YANG Bi shi (Nantong Vocational College,Nantong 226007,Chi na) Abstract:In this paper,L4970A s internal structure,circui t characteristic,work principle and applicati on circuits are introduced.Key words:s witch power;application circuit;IC L4970A 系列大功率单片集成开关电源是ST 公司继L4960系列之后推出的第二代产品。电路的特点是:采用DMOS 开关功率管、混合式C MOS/双极型晶体管等集成电路制造新工艺研制而成;输出电压在5.1V ~40V 范围内连续可调;通过自举电容可获得大电流输出;利用掉电复位电路能实时地向微机发出信号,监视系统电源的工作状态。1 工作原理 L4970A 的原理框图如图1所示(注:引脚序号适用于L4970A/4975A/4977A)。其内部功能电路主要包括基准电压源,锯齿波发生器,内置40kHz 振荡器,欠压检测与过热保护电路,误差放大器,比较器,PWM 锁存器,或非门,触发器(由两级或门构成),驱动级,DMOS 开关功率管,限流比较器,软启动电路,掉电复 图1 L4970A 原理框图 位电路。其中内部基准电压源能输出两路基准电压,一路是V REF =5.1V,供设定输出电压V 0值用;另一路为V S TART =12V,它与自举电路相配合,可将驱动级的电源电压提升12V 。误差放大器的开环电压增益A VO >60dB,电源电压抑制比PMRR =80dB,输入失调电压为2mV 。 1.1 L4970A 系列的导通阈值电压 导通阈值电压V ON =11V,并有1V 的滞回电压。为保证芯片能可靠工作,要求最低输入电压V IL >11V,一般取V Im i n 15V 。为了给DMOS 开关功率管提供足够大的驱动电压,采用了自举升压方式。利用内部的12V 基准电压源将自举电容C b 充电到12V,叠加到驱动级电源上,使之提升到(V I +12V)。DMOS 功率管的开关时间为50ns,能在200kHz 高频下正常工作,其峰值驱动电流约为0.5A 。 1.2 PWM 控制环路 PW M 控制环路的工作原理是:首先把反馈输入电压与5.1V 基准电压进行比较,产生误差电压V r ;再将V r 与锯齿波电压V J 作比较,获得固定频率的脉冲调制信号,经驱动级驱动DMOS 功率管,最后利用由L 、VD 、C 构成的降压式输出电路,得到稳定的输出电压。图1中,将同步输入信号加到锯齿波发生器上,目的是提供一个前馈信号,使器件在很宽的输入电压范围内具有良好的稳压性能。下面重点介绍限流电路及复位和掉电电路的工作原 55 2004年第1期仪表技术 开关电源的应用及发展 【摘要】开关电源是现代电力电子设备中不可缺少的组成部分，因此得到了广泛的关注。本文介绍了开关电源的发展现状，并指出其发展趋势。 【关键词】开关电源现状发展趋势 前言 电源是对公用电网或某种电能进行交换和控制，并向各种用电负载提供优质电能的供电设备和动力装置。因此，电源的应用十分广泛，已深入到每个人的生产和生活领域。 直流电源应用很广泛，尤其在军事、医疗和煤矿等领域应用更为频繁。传统的直流电源往往采用线性电源技术，但是这种结构形式造成电源整体效率偏低，性能一般，体积较大，重量沉。因此，直流电源倾向于采用开关电源技术，使得直流电源变得效率高、性能更好、体积小、重量轻。据业内咨询机构统计，在2009年全球开关电源的市场规模都已达到160亿美元，并随着电力电子技术的高速发展，更促进了开关电源技术的快速发展和提高，应用领域也越来越广泛，在整个电源领域中开关电源所占据的比重愈来愈大。 1. 开关电源的现状 开关电源技术属于电力电子技术，它运用功率变换器进行电能变换。经过变换的电能，可以满足各种用电需求。当负载需要高要求的直流供电时，其供电电源采用开关电源。 开关电源具有功率转换效率高、稳压范围宽、重量轻等特点。开关电源由于采用大功率开关管的高频整流技术，不但可以方便地得到不同等级的电压，更重要的是甩掉了体积大、笨重的工频变压器及滤波电感电容。在传统开关电源中，由于功率器件工作在开关状态，器件常在高电压下开通，在大电流下关断时，也存在着一些问题，如射频干扰和电磁干扰大、开关 损耗大、输出纹波大、器件的安全工作区窄、电路对分布系数比较敏感等缺点。随着电力电子技术的发展，特别是功率器件的更新换代、功率变换技术的不断改进、新型电磁材料的不断使用、控制方法的不断进步以及相关科学的不断融合，开关电源的缺点正逐步得到克服，射频干扰和电磁干扰已经被抑制在一个很低的水平上，输出纹波可以达到几毫伏以下。因此，开关电源是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。 2. 开关电源的发展趋势 开关电源的许多方面的运用已经趋于成熟，将来的发展趋势是高频，高可靠性，高性能，低耗，低噪声，模块化。文献介绍了功率的增加必然导致电源内部电磁环境的复杂，由此所产生的各种电磁干扰对电源本身和附近的其他电子设备的正常工作带来了严重的影响，即既是干扰源，又是被干扰者。电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简写EMC）设计的目的是使开关电源在预期的电磁环境中实现电磁兼容。电磁兼容问题已成为当前研究的热点，一些发达国家已有EMC技术的规范和标准。我国虽然在EMC方面工作起步较晚，有关部门也正颁布相关指令，跟上国际步伐。 开关电源也对功率器件提出了更高的要求：耐压高、电流大、导通电阻小，恢复速度快。由于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）具有很快的开关速度，因此开关电源的开关频率可以做得更高，重量更轻，功率密度更大，电源体积更小。提高器件耐压，同时减小导通电阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。开关电源的性能指标，如纹波、精度、久冲、过冲等受到功率铁氧体材料技术及功率器件性能的限制，与电源发达国家还有很大的差距，开关电源高频化是其发展方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用。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。但是高频化存在一些新的问题有待解决，如开关损耗、无源元件损耗增大、高频寄生参数及高频电磁干扰增大等。 查看文章 简单简单的的TOP 系列系列单单片开关电开关电源源 2007-07-26 16:07 电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标以及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分为线性电源和开关电源两大类。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源，其稳压性能好，输出纹波电压很小，但它必须使用笨重的工频变压器，并且调整管的功率损耗较大，致使电源的体积和重量大、效率低。而开关电源内部的关键元器件工作在高频开关状态，它本身消耗的能量很低，电源效率可达80～90%，比普通线性稳压电源提高近一倍。因此，它具有高效率、高可靠性、体积小、重量轻的特点，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。 本文向大家介绍的一款具有多路电压输出的开关电源，它的主要特点是采用了TOP系列三端单片开关电源集成电路，所以它的电路简单可靠，即便是初学者也能轻易组装成功，同时还可以根据本文的一些图表资料设计出不同规格的开关电源。 表1：TOPSwitch TOPSwitch——Ⅱ的产品分品分类类及最大及最大输输出功率出功率Po Po M 图1：TOPSwitch TOPSwitch——Ⅱ的管的管脚脚排列 图2:电气原理原理图图 本开关电源具有三路稳压输出，主输出为5V ±5%/2A/10W ，辅助输出为12V ±10%/12.1A/14.4W 和30V ±10%/200mA/0.6W ，总功率为25W 。输入为宽电压输入（AC85～265V）。 高频变压器采用EE29型铁氧体磁芯，初级绕组（1～2脚）用Ф0.3mm漆包线绕77匝，反馈绕组（3～4脚）用Ф0.3mm漆包线绕9匝。 次级绕组可以有二种绕法，一种是分离绕法，另一种是堆叠绕法。这两种具体绕法见图3。 TO-220封装（ Y ） DIP-8封装（P ）/SMD-8封装（G ） 产品型号 固定电压输入：110/115/230V （A C ），±15% 宽范围电压输入：85～265 V（AC） 产品型号 固定电压输入：110/115/230V （A C ），±15% 宽范围电压输入：85～265V （AC） TOP221Y 12W 7W TOP221P/22 1G 9W 6W TOP222Y 25W 15W TOP222P/22 2G 15W 10W TOP223Y 50W 30W TOP223P/22 3G 25W 15W TOP224Y 75W 45W TOP224P/22 4G 30W 20W TOP225Y 100W 60W TOP226Y 125W 75W TOP227Y 150W 90W Anythink 智能控制 和 无线通信 主页博客相册个人档案好友 试论开关电源新技术及其发展 发表时间：2016-11-04T16:44:37.997Z 来源：《电力设备》2016年第15期作者：李茂田 [导读] 开关电源具有轻便、高效、节能等优势，在各领域中得到了广泛应用。 （中国人民解放军66019部队 100144） 摘要：开关电源具有轻便、高效、节能等优势，在各领域中得到了广泛应用。本文就开关电源的定义和分类等进行了阐述，并对开关电源的新技术进行了研究，简要分析了未来开关电源新技术的发展趋势，以供参考。 关键词：开关电源；发展前景；新技术；高功率 开关电源是具有较强节能特性的电源，也是未来稳压电源的发展方向，随着现代科学技术的不断进步，开关电源技术也在不断改进，新的开关电源技术和产品在不断涌现，由于开关电源具有体积小、效率高和重量轻等优势，开关电源受到了广泛关注，在未来具有非常广阔的发展前景[1]。 1.开关电源的的定义及分类 开关电源是现代科学技术发展的产物，主要通过利用现代电力电子技术，来实现开关的关断和开通等操作，从而保证稳定的电压输出。开关电源的高效率和小型、轻便等特征，使其广泛应用于各种电子设备，如军工设备、通讯设备、科研设备等都会经常应用到开关电源产品。 开关电源主要有两种类型，一种是直流开关电流，也是比较常用的类型，还有一种是交流开关电源。DC/DC转换器是是直流开关电源的核心，开关电源可以分为DC/AC和AC/AC，或AC/DC和DC/DC这几类[2]。 2.开关电源新技术 随着现代科研水平的不断进步，开关电源技术也取得了极大进展，主要表现在以下几个方面： 2.1集成化和模块化 开关电源技术的集成化就是将多个电子设备集合在一起，共同发挥作用，能够起到更好的效果。而模块化就是通过将电路、元件等使用同样的方式进行组合，以提高其运行效率。采用这种设计方式能够彻底放弃连线，从而减少寄生效应，提高电源的可靠性，使开关电源更加方便灵活。 2.2高频化 由于现代电子设备微处理器尺寸的逐渐变小，传统的电源尺寸已经无法满足需要，急需重量轻便和结构紧凑的电源，所以在这种情况下，提高开关电源的工作频率是解决问题的关键。因为电气产品的重量、体积等与频率的增加是有反比关系的，所以如果将开关电源的工作频率从50赫兹提高到几千赫兹时，电源的体积会明显变小，重量也会明显变轻。 2.3功率因数校正技术 该技术也是非常重要的开关电源新技术之一，有功功率和视在功率之间的比值即为功率因数。通常情况下，开关电源采用的都是滤波电容和整流桥，滤波电容电压的最小值与最大值之间的差距不大，具有放电和充电的功能，为了保障输入的电流为正弦波，确保电压能够平滑直流输出，通常需要使用功率因数校正技术对电路进行校正，来确保稳定输出电压。 3.开关电源新技术的发展趋势 开关电源一经问世就受到了广泛关注，由于其自身的独特优势，随着各种新技术的涌现，开关电源未来还会有更加广阔的发展空间。 3.1高功率因数 开关电源在运行的过程中，电容滤波输入一侧会产生尖脉冲状的电流波形，会直接影响开关电源的整体运行效率。在这种情况下，通常会选择增加一个一个有源功率因数校正，使其功率因数能够满足需要。 3.2绿色化 顾名思义，绿色化发展就是未来开关电源会朝无污染的方向发展，就目前来看，开关电源由于输入侧出现的尖峰脉冲，会对电网造成较大污染，甚至成为电网的污染源头，因此，针对这一问题，国际电工委也制定了相关标准来减少开关电源对电网的污染，主要是在转化器上安装一级有源功率因数校正器，对开关电源的功率因数进行控制。随着软开关、MOSFET等技术在各种电子设备中的应用，极大地提高了功率转换器的频率，同时也产生了其他新问题，如加剧电磁辐射等。因此，开关电源产品的设计应满足国际电工委制定的标准，实现产品的绿色化。 3.3过流电压保护 如果在开关电源中应用过流电压保护，能够在出现过载、过压以及短路等状况时，及时将电源切断，使开关电源具有稳定性和安全性。 3.4抗电磁干扰 抗电磁干扰也是未来开关电源发展的方向，随着分布式结构体系的形成，开关电源的体积越来越小，开关电源的大功率密度和高开关频率等特征与降低噪音和抗电磁干扰存在矛盾，变换器的特定工作波形会直接导致开关电源成为射频干扰的产生源。除此之外，控制电路、开关器件以及二极管等都有可能产生噪音，因此变换器所使用的电路是决定射频干扰噪声等级的重要因素[3]。 3.5扩大电压输出范围 就目前的应用现状来看，开关电源的电压普遍较低，部分开关电源的输出电压仅为1.8V，这就需要开关电源具有良好性能的二极管。在应用同步整流技术的过程中，应注意使用具有MOSFET开关，来降低对整流电路的损耗。 4.结束语 开关电源技术的应用，极大地推动了电子经济的发展，在各个领域中发挥着非常重要的作用。未来开关电源还会朝着更便捷、更绿色、抗干扰的方向发展，给人们的生产生活带来更多便利。电力电子技术和开关电源的发展历程
TOP204-单片开关电源原理及应用
开关电源原理与应用讲义
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.L4970A大功率单片集成开关电源原理与应用_杨碧石
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