开关电源的分类及其应用介绍

随着电力电子技术的告诉发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代 开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，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，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这就是成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。
1.开关电源高频化是其发展的方向，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，推动了高新技术产品的小型化、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。
2.开关电源的分类
人们的开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为ac/dc和dc/dc两大类，dc/dc变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但ac/dc的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。
2.1.dc/dc变换
dc/dc变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩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）。其具体的电路由以下几类：
  （1） buck电路——降压斩波器，其输出平均电压uo小于输入电压ui，极性相同。
  （2） boost电路——升压斩波器，其输出平均电压uo大于输入电压ui，极性相同。
  （3） buck-boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压uo大于或小于输入电压ui，极性相反，电感传输。
  （4） cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压uo 大于或小于输入电压ui,极性相反，电容传输。
当今软开关技术使得dc/dc发生了质的飞跃，美国vicor公司设计制造的多种eci软开关dc/dc变换器，其最大输出功率有300w、600w、800w等，相应的功率密度为（6、2、10、17）w/cm3，效率为（80-90）%。日本nemiclambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块rm系列，其开关频率为（200~300）khz，功率密度已达到27 w/cm3，采用同步整流器（mos-fet代替肖特基二极管），是整个电路效率提高到90%。
2.2.ac/dc变换
ac/dc变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。ac/dc变换器输入为50/60hz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器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如ul、ccee等）及emc指令的限制（如iec、fcc、csa），交流输入侧必须加emc滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制ac/dc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，使得解决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、大电流开关使得电源工作消耗增大，限制了ac/dc变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。