一、开关电源简述
开关电源被誉为节省电能的能源, 现在它不仅代表了稳压电源的发展方向, 而且已成为稳压电源的主流产品。在不用的应用设备中, 开关电源也大致被分为两类, 一类是小功率的开关电源, 一类是大功率的开关电源。小功率的开关电源, 一般采用开关电源模块的形式;而大功率开关电源一般采用分立元件和控制模块一起制成。
二、开关电源关键技术
开关电源的关键技术一共有四大类分别是智能技术;功率因数校正技术;高频开关技术;软开关技术[2]。 (1) 智能技术。。目前不论国内还是国外, 开关电源的通讯系统大多数都是采用了集中监控分散供电方式。这种供电方式有着电缆损耗小;承受故障能力强;可靠性高的优点, 但是缺点同样显而易见, 相对于集中式供电系统来说, 它的日常维护非常不方便。所以我们开发了智能化技术, 用来实现智能看护, 这就可以充分的展现集散式供电系统的优点。开关电源的智能技术有很多方面, 这将为开关电源带来显着的经济效益。智能化会成为开关电源发展的方向。 (2) 功率因数校正技术。开关电源的功率因数校正技术能够提升开关电源输入端的功率, 同时也能够减少开关电源的消耗, 以达到减少电网污染的目的。随着技术的提高, , 开关电源在各个领域都能够得到广泛的应用, 众多的开关电源在同时使用的时候, 就会给电网带来影响, 对周边的环境带来污染。所以能够达到降低电网污染效果的功率因数校正技术将会成为主流开关电源的应用技术。 (3) 高频开关技术。高频开关技术可以提高电源开关的频率, 从而达到减小开关电源的体积和重量的目的。其原理是增加开关电源的频率可以使变压器和滤波电容器的容量越来越小, 开关电源的体积和重量也会减小。高频开关技术有着很明显的缺点, 提高频率会增加开关和开关内其他器件的损耗, 还会产生电磁干扰的问题, 所以高频开关技术是一个两面性的技术。 (4) 软开关技术。有许多类型的软开关技术, 它们分别是软开关技术;零电压, 零电流转换 (ZVT/ZCT-PWM) 技术。这些软开关技术可以解决上述高频开关技术中频率过高带来的电网污染问题。由此软开关技术也成为了开关电源重点开发的技术之一。
三、发展趋势
电源是电子设备中不可缺少的一部分, 而开关电源凭借其优质的性能更是成为了电源中的佼佼者。因此, 它受到人们的青睐, 但也存在缺点, 即电路复杂, 维护困难, 对电路的污染严重。因此, 高功率密度是高功率开关电源的发展方向之一。通过热阻减少开关电源内部产生的热量, 可以实现高功率密度。在达到减少热量之外, 如何选择合理的冷却方式也是研究的方向之一。为了解决上述问题, 我们可以从以下两个方面入手:一是减少电路结构的损耗, 另一个是采用更高效的散热技术。开关电源的研究方向可总结为五个方面[3]:
(1) 低噪声。 (2) 采用计算机辅助设计和控制。 (3) 小型化、薄型化、轻量化、高频化。 (4) 高可靠性。 (5) 低输出电压技术。
四、开关电源的组成及设计
10KW开关电源的总体结构组成如图1所示, 它由两部分组成:主电路和控制电路。主电路包括输入滤波电路和DC-DC转换器;控制电路由电流检测电路和电压检测电路, 散热片, 控制器, 驱动电路和保护电路组成。开关电源的最重要组成部分是DC-DC转换器, 包括逆变电路, 高频变压器和输出整流滤波电路。
开关电源的设计包括五大部分。一是BUCK降压变换器, 就是可以将高输入的直流电压变成低输出的直流电压。它如何实现降压?其计算公式为:输入电压*占空比=输出电压。第二个是BOOST升压转换器, 其计算公式为:D= (VO-VIN) /VO。第三是反激转换器包括RCD电路。第四个是正向转换器。其工作原理是, 当开关打开时, 变压器为BUCK降压转换器提供能量并将能量存储到BUCK电感器。关管关断时, 去磁绕组释放开关管导通时变压器激磁电感所储存的能量, 同时BUCK续流释放电感中的能量。五是控制环路, 控制环路的作用是调节初级保证次级稳定输出。
五、总结
开关电源发展的方向以及前景普遍被人们所看好, 国家对半导体行业的支持使得开关电源的发展也被广泛重视。开关电源未来可以达到各种控制功能, 可靠性高, 可以给电子应用带来极大的方便。我们可以预期的是, 开关电源发展的永恒方向是:开关电源频率要高, 所以动态响应快, 就需要有高速微处理器合作, 它也是减小体积的重要途径, 变压器的电感和电容应体积减小, 效率高, 所产生的热能减少, 散热比较容易, 所以高功率高密度的开关电源是很快就会实现的。
摘要：随着风能、太阳能、燃料电池等新能源的开发和利用以及电力推进船舶、电动汽车等新技术领域的发展, 很多方面都涉及大功率的电源变换。因此, 随着这些技术的发展, 急需了解已经取代了相控电源和线性电源[1]的开关电源的发展和开关电源的组成原理。本文就这方面进行研究和整理, 开关电源因其功率/重量比和功率/体积比大、变换效率高、便于控制等优点, 已成为电源变换装置的发展方向。
关键词：开关电源,组成原理,发展趋势
参考文献
[1] 李卫民.聚合物太阳能电池机理及实验研究[D].武汉:华中科技大学, 2009.
[2] 丘涛文.开关电源的发展及技术趋势[J].电力技术, 2008, 06:54-56.
[3] 倪海东, 蒋玉萍.高频开关电源集成控制器[M].北京:机械工业出版社, 2004.