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電源知識

穩壓電源的優(yōu)點(diǎn)與4大發(fā)展趨勢

發(fā)布日期:2014-07-25


 

 

穩壓電源的優(yōu)點(diǎn)與4大發(fā)展趨勢

 

 

  開(kāi)關(guān)穩壓電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代傳統技術(shù)制造的連續工作電源,并廣泛應用于電子整機與設備中。20世紀80年代,計算機全面實(shí)現了開(kāi)關(guān)電源化,率先完成計算機的電源換代。20世紀90年代,開(kāi)關(guān)電源在電子、電器設備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應用,開(kāi)關(guān)電源技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。

  開(kāi)關(guān)型穩壓電源采用功率半導體器件作為開(kāi)關(guān),通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的占空比調整輸出電壓。以功率晶體管(GTR)為例,當開(kāi)關(guān)管飽和導通時(shí),集電極和發(fā)射極兩端的壓降接近零;當開(kāi)關(guān)管截止時(shí),其集電極電流為零。所以其功耗小,效率可高達70%-95%。而功耗小,散熱器也隨之減小。開(kāi)關(guān)型穩壓電源直接對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調整,然后由開(kāi)關(guān)調整管進(jìn)行穩壓,不需要電源變壓器。此外,開(kāi)關(guān)工作頻率為幾十千赫,濾波電容器、電感器數值較小。因此開(kāi)關(guān)電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

  另外,由于功耗小,機內溫升低,提高了整機的穩定性和可靠性。而且其對電網(wǎng)的適應能力也有較大的提高,一般串聯(lián)穩壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍為220±10%,而開(kāi)關(guān)型穩壓電源在電網(wǎng)電壓在110-260伏范圍內變化時(shí),都可獲得穩定的輸出電壓。

  開(kāi)關(guān)穩壓電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng )新技術(shù),高頻化帶來(lái)的效益是使開(kāi)關(guān)電源裝置空前地小型化,并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域,特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應用,推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應用在節約資源及保護環(huán)境方面都具有深遠的意義。

  目前市場(chǎng)上開(kāi)關(guān)電源中功率管多采用雙極型晶體管,開(kāi)關(guān)頻率可達幾十千赫;采用MOSFET的開(kāi)關(guān)電源轉換頻率可達幾百千赫。為提高開(kāi)關(guān)頻率,必須采用高速開(kāi)關(guān)器件。對于兆赫以上開(kāi)關(guān)頻率的電源可利用諧振電路,這種工作方式稱(chēng)為諧振開(kāi)關(guān)方式。

  它可以極大地提高開(kāi)關(guān)速度,理論上開(kāi)關(guān)損耗為零,噪聲也很小,這是提高開(kāi)關(guān)電源工作頻率的一種方式。采用諧振開(kāi)關(guān)方式的兆赫級變換器已經(jīng)實(shí)用化。開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢可以概括為以下四個(gè)方面。

  一、小型化、薄型化、輕量化、高頻化---開(kāi)關(guān)電源的體積、重量主要是由儲能元件(磁性元件和電容)決定的,因此開(kāi)關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲能元件的體積;在一定范圍內,開(kāi)關(guān)頻率的提高,不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸,而且還能夠抑制干擾,改善系統的動(dòng)態(tài)性能。因此,高頻化是開(kāi)關(guān)電源的主要發(fā)展方向。

  二、高可靠性---開(kāi)關(guān)電源使用的元器件比連續工作電源少數十倍,因此提高了可靠性。從壽命角度出發(fā),電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著(zhù)電源的壽命。所以,要從設計方面著(zhù)眼,盡可能使用較少的器件,提高集成度。這樣不但解決了電路復雜、可靠性差的問(wèn)題,也增加了保護等功能,簡(jiǎn)化了電路,提高了平均無(wú)故障時(shí)間。

  三、低噪聲---開(kāi)關(guān)穩壓電源的缺點(diǎn)之一是噪聲大。單純地追求高頻化,噪聲也會(huì )隨之增大。采用部分諧振轉換回路技術(shù),在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。所以,盡可能地降低噪聲影響是開(kāi)關(guān)電源的又一發(fā)展方向。

  四、采用計算機輔助設計和控制---采用CAA和CDD技術(shù)設計最新變換拓撲和最佳參數,使開(kāi)關(guān)電源具有最簡(jiǎn)結構和最佳工況。在電路中引入微機檢測和控制,可構成多功能監控系統,可以實(shí)時(shí)檢測、記錄并自動(dòng)報警等。

  開(kāi)關(guān)穩壓電源的發(fā)展從來(lái)都是與半導體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。高頻化的實(shí)現,需要相應的高速半導體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件,開(kāi)發(fā)高頻用的低損磁性材料,改進(jìn)磁元件的結構及設計方法,提高濾波電容的介電常數及降低其等效串聯(lián)電阻等,對于開(kāi)關(guān)電源小型化始終產(chǎn)生著(zhù)巨大的推動(dòng)作用。

 

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