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开关电源的分类

开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类。作为二次电源的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。但一次电源AC/DC,因其自身的特性使得在模块化的进程中,遇到了较为复杂的技术问题和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性加以阐述。

1.DC/DC类开关电源

DC/DC类开关电源是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波器。斩波器的工作方式有两种:一是脉宽调制方式T不变,改变频率调制方式t(通用);二是频率调制方式t不变而改变T(易产生干扰)。其具体的电路有以下几类:

①Buck电路———降压斩波器,其输出平均电压UO小于输入电压UD,极性入出相同;
②Boost电路———升压斩波器,其输出平均电压UO大于输入电压UD,极性入出相同;
③Buck-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UD,极性入出相反,电感传输;
④Cuk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UD,极性入出相反,电容传输。

当今软开关技术使得DC/DC变换器发生了质的飞跃。美国VICOR开关电源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2W/cm3、10W/cm3、17W/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200~300kHz,功率密度已达到27W/cm3,采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管),使整个电路效率提高到90%。

2.AC/DC变换器

AC/DC变换器是将交流变换为直流,其功率电流流向可以是双向的。功率电流流向负载的变换称为“整流”,功率电流由负载传输回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为
50/60Hz的交流电,必须经整流、滤波,相对来说体积较大的滤波电解电容器是必不可少的。同时,因遇到安全问题,如UL、CCEE等标准及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA),交流输入则必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件,这样就限制了AC/DC电源的体积进一步小型化。另外,由于内部的高频、高压、大电流开关动作,使得解决EMC电磁兼容问题的难度加大,也就对内部高密度安装电路的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损耗增大,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。

AC/DC变换器按电路的结线方式可分为半波电路和全波电路;按电路的控制特点可分为不可控、半控和全控三类;按电源相数可分为单相、三相和多相;按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限和四象限。

3.电路结构

开关型稳压电源的电路结构有多种:
①按驱动方式分,有自励式和他励式;
②按DC/DC变换器的工作方式分,有单端正励式和反励式、推挽式、半桥式、全桥式、降
压式、升压式和升降压式等;
③按电路组成分,有谐振型和非谐振型;
④按控制方式分,有脉冲宽度调制(PWM)式、脉冲频率调制(PFM)式和PWM与PFM混合式;
⑤按电源是否隔离和反馈控制信号耦合方式分,有隔离式、非隔离式和变压器耦合式、光
电耦合式等。

以上这些方式的组合可构成多种方式的开关型稳压电源。因此,设计者需根据各种方式的特征进行有效地组合,制作出满足需要的高质量开关型稳压电源。


本文节选自《开关电源实用技术》,由镭之源激光电源收集整理
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