开关电源的原理和发展趋势

时间:2019-03-25 06:59:53 来源:通什门户网 作者:匿名



第一节高频开关电源电路原理

高频开关电源由以下部分组成:

一,主电路

交流电网输入和直流输出的整个过程,包括:

1.输入滤波器:其功能是过滤电网中存在的杂波,并且还阻止机器产生的杂波反馈到公共电网。

2.整流和滤波:电网的交流电源直接整流成更平滑的直流电源,用于下一级变换。

3.逆变器:整流后的直流电源变为高频交流电,是高频开关电源的核心部分。频率越高,体积,重量和输出功率的比率越小。

4.输出整流和滤波:根据负载要求提供稳定可靠的直流电源。

二,控制电路

一方面,从输出采样,与设定标准比较,然后控制逆变器,改变其频率或脉冲宽度以实现输出稳定性,另一方面,根据测试电路提供的数据,由保护电路,提供控制电路在整个机器上执行各种保护措施。

三,检测电路

除了在保护电路中提供各种参数之外,还提供各种显示仪器数据。

四,辅助电源

为所有单个电路提供不同的电源要求。

第2节开关控制原理

开关K以特定时间间隔重复地接通和断开。当开关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,电源E在整个接通期间向负载提供能量。当开关K断开时,输入电源E中断能量供应。可以看出,输入电源间歇地向负载提供能量。为了向负载提供连续的能量供应,开关电源必须具有一组能量存储装置,以在开关接通时存储一部分能量。断开连接时释放到负载。在该图中,由电感器L,电容器C2和二极管D组成的电路具有这样的功能。电感器L用于存储能量。当开关断开时,存储在电感器L中的能量通过二极管D释放到负载,使得负载获得连续且稳定的能量。由于二极管D使负载电流连续,因此称为续流。二极管。 AB之间的电压平均EAB可用下式表示:EAB=TON/T * E

其中TON是每次开关打开时的时间,T是开关打开和关闭的占空比(即,接通时间TON和关断时间TOFF的总和)。

从公式可知,改变接通时间与占空比的比率,AB之间的电压的平均值也改变。因此,输出电压V0可以通过负载和输入电源电压的比率自动调节,以自动调节TON和T的比例保持不变。改变导通时间TON和占空比也会改变脉冲的占空比。该方法称为时间比率控制(TRC)。

根据TRC控制原则,有三种方式:

一,脉宽调制(Pulse Width Modulation,缩写为PWM)

开关周期是恒定的,并且通过改变脉冲宽度来改变占空比。

二,脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM)

导通脉冲宽度恒定,通过改变开关工作频率来改变占空比。

三,混合调制

导通脉冲宽度和开关工作频率不固定并且可以相互改变的方式是上述两种模式的混合。

第三节开关电源的发展和趋势

1955年,GH发明了自激振荡推挽式晶体管单变压器直流变换器。罗杰是实现高频开关控制电路的开始。 1957年,仁森发明了自激式推拉式。双变压器,1964年,美国科学家提出了取消工频变压器串联开关电源的想法,这为电源的体积和重量下降提供了根本途径。 1969年,由于高功率硅晶体管耐压的提高和二极管反向恢复时间的缩短,最终完成了25kHz的开关电源。

目前,开关电源广泛用于电子设备,例如各种终端设备和通信设备,这些对于电子信息产业的快速发展是必不可少的。电源模式。在目前市场上的开关电源中,由双极晶体管制成的100kHz电源和由MOS-FET制成的500kHz电源已投入实际使用,但其频率需要进一步提高。为了提高开关频率,必须降低开关损耗,并且为了降低开关损耗,需要高速开关元件。然而,当切换速度增加时,存储在电路中的分布电感和电容或二极管中存储的电荷产生浪涌或噪声。这不仅会影响周围的电子设备,还会大大降低电源本身的可靠性。为了防止开关打开和关闭时发生的电压浪涌,可以使用RC或LC缓冲器,并且由非晶磁芯制成的磁缓冲器可用于由电荷存储引起的电流浪涌通过二极管。 。然而,对于高于1MHz的高频,谐振电路用于使开关上的电压或通过开关的电流正弦,这降低了开关损耗并且还控制了浪涌的发生。这种类型的开关称为谐振开关。目前,对这种开关电源的研究非常活跃,因为这种方法理论上可以在不大幅提高开关速度的情况下将开关损耗降低到零,并且噪声也很小,有望成为高频率开关电源。主要方式。目前,世界上许多国家正致力于多兆赫兹Hz转换器的实际研究。


  
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