开关电源的原理和发展趋势

   随着电子产品轻、薄、小的发展趋势,要求电子元件体积更小,耗能更低。开关电源作为电子设备中不可或缺的组成部分也在不断的改进。高效率、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化,成了开关电源的发展方向。

  高效率。为了使开关电源轻、小、薄,高频化(开关频率达兆赫级)是必然发展趋势。而高频化又必然使传统的PWM开关(属硬开关)功耗加大,效率降低,噪声也提高了,达不到高频、高效的预期效益,因此实现零电压导通、本电流关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流。采用软开关技术可使效率达到~%。

  高可靠。开关电源比连续工作电源使用的元器件多数十倍,因此降低了可靠性。从寿命角度出发,电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。追求寿命的延长要从设计方面着眼,而不是从使用方面着想。美国一公司通过降低给温、减少器件的电应力、降低运行电流等措施使其DC/DC开关电源系列产品的可靠性大大提高,产品的MTBF高达00万小时以上。

  模块化。无论是AC/DC或是DC/DC或是变换器都是朝模块化方向发展。其特点是:可以用模块电源组成分布式电源系统;可以设计成N+冗余电源系统,从而提高可行性;可以做成插入式,实现热更换,从而在运行中出现故障时能高速更换模块插件;多台模并联可实现大功率电源系统。此外,还可以在电源系统建成后,根据发展需要不断扩充容量。

  低噪声。开关电源的又一缺点是噪声大,单纯追求高频化,噪声也随之增大,采用部分谐振转换回路技术,在原理上既可以高频化,又可以低噪声。但谐振转换技术也有其难点,如很难准确地控制开关频率、谐振时增大了器件负荷、场效应管的寄生电容易引起短路损耗、元件热应力转向开关管等问题难以解决。


  抗电磁干扰(EMI)。当开关电源在高频下开关时,其噪声通过电源线产生对其它电子设备的干扰,世界各国已有抗EMI的规范或标准,如美国的FCC、德国的VDE等,研究开发抗EMI的开关电源日益显行生要。


  高频化,开关电源发展的方向

  开关电源成为现代电子设备中不可缺少的部分,要实现高效率、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化的发展,高频化是关键技术。要实现开关电源的高频化涉及到开关的损耗和电子兼容性以及材料性能等各方面的技术要求,目前在这些方面生产和应用控制并不是十分成熟。


  因此对于开关电源的高频化发展,业内存在不同的声音。有的认为开关电源高频化是发展的方向,也有的认为这一说法还需要商榷,更多的则认为开关电源高频化的程度应该根据电源种类而定。本刊记者就此采访了业内相关人士,收集了行业内不同的说法。

  开关电源高频化不会受阻

  高频化是高频开关电源的发展方向并不会因为高频开关电源的“损耗大、材料性能要求高”等相关问题而受到阻碍。相反,这些相关的配套产业应该加快发展,适应开关电源高频化的要求。特别是模块电源的发展要求电路的集成化程度越来越高,电子产品轻、薄、小的发展趋势要求电子元件在体积上必须压缩、小型化。开关电源高频化就是顺应这一发展趋势技术要求,特别是在PC电源、笔记本电脑、通信产品、手机等电子产品开关电源是必不可少的。


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