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土建水利:开关电源的原理和发展趋势
开关电源的原理和发展趋势
| 文章出自:文无忧问吾有 | 编辑:论文发表 | 点击: | 2012-03-29 15:39:18 |

第一节  高频开关电源电路事理 

高频开关电源由以下几个部门组成:
 

一、主电路
   从交换电网输入、直流输出的全过程,包含:
   1、输入滤波器:其浸染是将电网存在的杂波过滤,同时也劝止不变靠得住的直流电源。
二、节制电路
    一方面从输出端取样,经与设定尺度进行对照,然后去节制逆变器,改变其频率或脉宽,达到输出不变,另一方面,凭据测试电路供给的数据,经珍爱电路判别,供给节制电路对整机进行各类珍爱设施。
三、检测电路
    除了供给珍爱电路中正在运行中各类参数外,还供给各类显示仪表数据。
四、扶持匡助电源
    供给全数单一电路的分歧要求电源。
第二节  开关节制稳压事理


    开关K以必然的时刻距离频频地接通和断开,在开关K接通时,输入电源E经过过程开关K和滤波电路供给给负载RL,在整个开关接通时代,电源E向负载供给能量;当开关K断开时,输入电源E便中止了能量的供给。可见,输入电源向负载供给能量是断续的,为使负载能获得一连的能量供给,开关稳压电源必需要有一套储能装配,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组成的电路,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中的能量经过过程二极管D释放给负载,使负载获得一连而不变的能量,因二极管D使负载电流连续络续,所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式透露表现:
                 EAB=TON/T*E
式中TON为开关每次接通的时刻,T为开关通断的工作周期(即开关接通时刻TON和关断时刻TOFF之和)。
    由式可知,改变开关接通时刻和工作周期的比例,AB间电压的平均值也随之改变,是以,跟着负载及输入电源电压的转变自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时刻TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方式称为“时刻比率节制”(Time Ratio Control,缩写为TRC)。
    按TRC节制事理,有三种体式格局:
    一、脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,缩写为PWM)
开关周期恒定,经过过程改变脉冲宽度来改变占空比的体式格局。
    二、脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM)
导通脉冲宽度恒定,经过过程改变开关工作频率来改变占空比的体式格局。
    三、夹杂调制
导通脉冲宽度和开关工作频率均不平稳,彼此都能改变的体式格局,它是以上二种体式格局的夹杂。
第三节  开关电源的成长和趋向
    1955年美国罗耶(GH.Roger)发现的自激振荡推挽晶体管单变压器直流更改器,是实现高频转换节制电路的劈头,1957年美国查赛(Jen Sen)发清楚明了自激式推挽双变压器,1964年美国科学家们提出作废工频变压器的串联开关电源的设想,这对电源向体积和重量的下降获得了一条基本的路子。到了1969年因为年夜功率硅晶体管的耐压提高,二极管反向规复时刻的缩短等元器件改良,终于做成了25千赫的开关电源。
  此刻,开关电源以小型、轻量和高遵守的特点被普遍应用于以电子策画机为主导的各类终端培植、通信培植等几乎全数的电子培植,是当今电子信息家当飞速成长弗成穷困的一种电源体式格局。此刻市场上出售的开关电源中接纳双极性晶体牵制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz电源,虽已适用化,但其频率有待进一步提高。要提高开关频率,就要裁减开关耗损,而要裁减开关耗损,就需要有高速开关元器件。然而,开关速度提高后,会受电路等分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而发生浪涌或噪声。这样,不只会影响四周电子培植,还会年夜年夜降低电源自己的靠得住性。其中,为提防随开关启-闭所发生的电压浪涌,可接纳R-C或L-C缓冲器,而对由二极管存储电荷所致的电飘流涌可接纳非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不外,对1MHz以上的高频,要接纳谐振电路,以使开关上的电压或经过过程开关的电流呈正弦波,这样既可裁减开关耗损,同时也可节制浪涌的发生。这种开关体式格局称为谐振式开关。此刻对这种开关电源的研究很活跃,因为接纳这种体式格局不需要年夜幅度提高开关速度就可以在理论上把开关耗损降到零,而且噪声也小,可望成为开关电源高频化的一种首要体式格局。当前,全国上许多国家都在致力于数兆Hz的更改器的适用化研究。
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