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。
开关电源比线性电源会产生更多的干扰,对共膜干绕敏感的用电设备,应采取接地和屏蔽措施。按ICEIO00、FCC等EMC限制,开关电源均采用 EMC电磁兼容措施,因此开关电源一般带有EMC电磁兼容滤器。如利华技术的HA系列开关电源将其FG端子接大地或接用户机壳,方能满足上述电磁兼容的要求。
开关电源在设计中需具有过流过热短路等保护功能,故在设计时应首先保护功能齐备的电源模块,并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配,以避免损坏用电设备或开关电源。
开关电源在输入抗干扰性能上,由于其自身电路的特点(多极串联),一般的输入干扰如浪涌电压很难通过,在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较大的优势,其输出电压稳定度可达0.5~1%。
2.1输出电流的选择
因开关电源工作效率高,一般可达到80%以上,故在其输出电流的选择上,应准确测量或计算用电设备的吸收电流,以使被选用的开关电源具有高的性能价格比。
ACDC变换是将交流变换为直流,其功率流向是可以双向的,功率流由电源流向,负载的称为“整流”。功率由负载返回电源的称为“有源逆变”。ACDC 变换器输入为5060Hz的交流电,因必须经整流滤波,因此体积相对较大的滤波电容是必不可少的,同时因遇到安全标准(如UI、CCE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA),交流输入侧必须加EMC率波电及使用符合安全标准的元件,这样就限制ACDC电源体积的小型化。另外,由于内部的高频、高压、大电流开关动作,使解决EMC电磁兼容问题难度加大,也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求。由于同样的原因,高电压、大电流开关使很多电源损耗增大,限制了很高的要求。由于同样的原因,高电压、大电流开关使很多电源工作损耗增大,限制了ACDC变换器模块化的进程,因此必须采用电源系统优化方法,才能使其工作效率达到一定满意程度。
ACDC变换按电路的接线方式可分为半波电路和全波电路,按电源相数可分为单相、三相和多相,按电路T作象限分为一象限、二象限、三象限、四象限。
DCDC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流暂波。暂波器的工作方式有两种,一是脉宽调制方式Ts不变,改变ton(通用);二是频率调制方式,ton不变。改变Ts(易产生干扰),具体的电路有以下几类:
(1)BUCK电路一降压暂波器,其输出平均电压Vo小于输入电压Vt,极性相同。
(2)BUCK电路一压暂波器,其输出平均电压v0大于或小于输入电压,极性相同。
(3)BUCK电路一压或升压暂波器,其输出平均电压Vo大于或小于输入电压v0,极性相反,电感传输。
(4)BUCK电路一降压或升压变压器,其输出平均电压v0大于或小于输入电压U极性相反,电容传输。
当今软开关技术使得DCDC发生了质的飞跃,美国V~COR公司设计制造多种EC~软开关DODO变换器,其输出功率有300W、6OOW、 800W等,相应的功率密度为6、2、10、17瓦每立方厘米,效率为200300kHz,功率密度已达到27瓦每立方厘米,采用同整流器(M0SFET 代替肖特基二极管),使整个电路功率提高90%。