开关电源是在电子、通讯、电气、动力、航空航天、军事以及家电等范畴运用十分广泛的一种电力电子设备。它具有电能转化效率高、体积小、分量轻、操控精度高和快速性好等长处，在小功率规模内根本上代替了线性调整电源，并敏捷向中大功率规模推动，在很大程度上代替了晶闸管相控整流电源。开关电源技能是现在中小功率直流电能改换设备的干流技能。可是开关电源的规划作业较为繁琐，难度大。
现在国内开关电源的规划裕量过大，规划过程中对产品作业状况和实践功用的预见性较差。开关电源技能在敏捷的向前开展，为了能够在了解根本原理的根底上进行再创造，咱们应该对开关电源技能有个全体概念的掌握及其开展趋势的猜测，然后进步自己的规划水平，终究进步产品的质量。
2 开关电源的全体知道
2.1 开关电源的界说
开关电源是作为线性稳压电源的一种代替物
呈现的，开关电源这一称谓也是相对于线性稳压电源而发生的。望文生义，开关电源便是电路中的电力电子器材作业在开关状况的电源。这样一来，如果把四大类根本电力电子电路(AC-DC 电
路、DC-AC 电路、AC-AC 电路、DC-DC 电路)都当作电源电路，则一切的电力电子电路也都能够当作开关电源电路。可是在实践运用中，开关电源所包括的规模比这个规模要小的多。一起具有三个条件的电源可称之为开关电源，这三个条件便是：开关(电路中的电力电子器材作业在开关状况而不是线性状况)、高频(电路中的电力电子器材作业在高频而不是挨近工频的低频)和直流(电源输出是直流而不是沟通)[1]。
2.2 开关电源的开展史及运用规模
开关电源的前身是线性稳压电源。在开关电源呈现之前，许多操控设备的作业电源都选用线性稳压电源。因为核算机等电子设备的集成度不断添加，功用越来越强，他们的体积却越来越小，因而迫切需求体积小、分量轻、效率高、功用好的新式电源，这就成了开关电源技能开展的强壮动力。
新式电力电子器材的开展给开关电源的开展供给了物质条件。在 20 世纪 60 时代末，巨型晶体管(GTR)的呈现，使得选用高作业频率的开关电源得以面世，那时确认的开关电源的根本结构一向沿用至今。后来跟着电力 MOSFET 的运用，开关电源的频率进一步进步，使得电源体积更小，分量更轻，功率密度进一步进步。在 20 世纪 80 时代，IGBT 的呈现让仅适用于小功率场合的开关电源在中大功率直流电源也得以发挥。在 20 世纪 80 时代后 20 年为了处理因开关频率进步而引发的电磁搅扰问题，呈现了软开关技能开关电路。随后在 20 世纪 90 时代，为了进步开关电源的功率因数，呈现了功率因数校对技能(PFC)。
现在除了对直流输出电压的纹波要求极高的场合外，开关电源现已全面代替了线性稳压电源，首要用于小功率场合。例如：核算机、电视机、各种电子仪器的电源。在许多中等容量规模内，开关电源逐渐代替了相控电源，例如：通讯电源范畴、电焊机、电镀设备等的电源。
3 开关电源中的电子电路
开关电源中的电子电路，也便是常说的主电路，是开关电源的中心电路。对各种开关电源主电路的作业原理与适用条件的剖析是进行开关电源电路选型的根底，也是主电路和操控电路参数规划的根底。
依据电路是否具有电能回馈才能、输出端与输入端是否电气阻隔以及电路的结构办法三个准则，能够将开关电源中的电力电子电路按图 1 分类。
各种不同的电路有各自不同的特色和运用场合。总的来说，非回馈型电路比回馈型电路结构简略、本钱低，而绝大大都运用不需求开关电源具有回馈才能，因而，非回馈型电路运用远比回馈型电路广泛。非阻隔型电路比阻隔型电路结构简略、本钱低，但大都运用需求开关电源的输出端与输入端阻隔，或需求多组彼此阻隔的输出，
所以，阻隔型电路的运用较广泛。而非阻隔型电路也有不少运用，如开关型稳压器、直流斩波器
降压型
升压型
非 隔 离升降压型
Cuk 型
Sepic 型
非回馈型Zeta 型
正激型
反激型
开阻隔型半桥型
关
全桥型
电
源 推挽型
二象限型
非阻隔型
回馈型 四象限型
阻隔型
图 1
等。回馈型电路运用较少，下面要点比较非回馈型各电路的特色与运用。
3.1 非阻隔型电路的运用规模及特色[1]
降压(Buck)型电路只能降压不能升压，输出与输入同极性，输入电流脉动大，输出电流脉动小，结构简略。常用于降压型直流开关稳压器、不可逆直流电动机调速等场合。
升压(Boost)型电路只能升压不能降压，输出与输入同极性，输入电流脉动小，输出电流脉动大，不能空载，结构简略。常用于将较低的直流电压改换成为较高的直流电压，如电池供电设备中的升压电路、液晶背光电源等。该电路另一个重要用处便是作为单相功率因数校对电路。
升降压(Buck-Boost)型电路不只能够灵敏地改动电压的凹凸，并且能改动电压极性，常用于电池供电设备中发生负电源的电路以及各种开关稳压器中。
Cuk 型电路的特色与升降压电路类似，但电路较杂乱。长处是输入与输出回路中都有电感使输出电压纹波较小，从输入电源汲取的电流纹波也较小，能够在特别场合运用。
船电技能 2005 年第 5 期15
Sepic 型电路虽比较杂乱，但因为输出电压可 Zeta 型电路很杂乱，约束了运用规模。
以高于输入电压也能够低于输入电压，所以可用3.2 阻隔型各电路的运用范畴及优缺陷
于要求输出电压较低的单相功率因数校对电路。 阻隔型各电路的运用范畴及优缺陷如表 1 [1]
表 1 阻隔型各电路的运用范畴及优缺陷
电路长处缺陷 功率规模运用范畴
正激型电路较简略，本钱低，牢靠变压器单向励磁，利用率几百瓦～几各种中小功率开关电源性高，驱动电路简略低 千瓦，反激型电路十分简略，本钱很低， 难到达较大功率，变压器几百瓦～几小功率和消费电子设备、核算机牢靠性高，驱动电路简略单向励磁，利用率低 十瓦设备电源全桥型变压器双向励磁，简略到达结构杂乱，本钱高，牢靠几百瓦～几大功率工业用开关电源、焊接电大功率性低，驱动电路杂乱 百千瓦源、电解电源半桥型变压器双向励磁，开关较有直通问题，牢靠性低，几百瓦～几工业用开关电源、核算机设备用少，本钱低，无偏磁问题需求杂乱阻隔驱动电路千瓦开关电源，变压器双向励磁，变压器一 几百瓦～几，推挽型次电流回路只要一个开关， 低输入电压的开关电源
有偏磁问题 千瓦通态损耗较小，驱动简略
4 开关电源操控技能的研讨 母线的开路、短路以及模块的损坏都不会影响系
统其它模块的正常作业，是现在最优异的均流办法法
4.1 开关电源操控技能的介绍。
器材开展到必定程度后，要进一步进步产品电流形式操控技能[1]则在以往电压反响操控的功用，有必要选用新的操控办法和新的技能。意图根底上，添加电流反响操控;在对电压操控的前，开关电源的操控办法和技能首要有软开关技根底上，对电流也进行动态的操控，使得能够逐术和功率因数校对技能，民主均流操控技能，电个脉冲对电流进行操控。一方面能加速体系的动流形式操控技能，本脉冲(one-cycle)操控技态反响才能;另一方面，使得变压器的偏磁状况、术等等。 负载的均流、电源模块的过载或短路维护等得到软开关技能[2]是指功率器材在零电压或零电显着的改进。
流条件下进行换流。因而，软开关技能能够下降而本脉冲操控技能[3]是一种大信号的非线性功率器的开关损耗，进步体系的开关频率，下降操控办法，在每一个周期内取开关变量，经过积改换器的体积和分量，使得体系的输出纹波削减，分器的积分与给定电压比较，其差错经过扩大后，并且能够战胜改换电路对寄生散布参数的灵敏动态地调理改换器占空比的巨细。因为每个周期性，下降体系的开关噪音，展宽体系的频带，改内的占空比值只与该周期的开关变量有关，且开善体系的动态功用。 关变量(电压或电流)的均匀值在一个周期内到功率因数校对技能经过有源校对的办法，使达新的稳态，使得开关变量(被操控量)的均匀得网侧电流波形盯梢电压波形，这样，把挂在电值和操控量无论是稳态和动态都没有差错，具有网的开关电源变成一个挨近纯电阻的负载，不光杰出的抗搅扰才能和快速的动态呼应才能。
该技能够按捺网侧谐波电源，改进网侧功率因数，降术既可用于 PWM 操控，也可用于 PFM 操控;既低电源的高次谐波发生的噪音和污染，进步电网可用于硬开关操控，也可用于软开关操控;既可的质量，削减无功功率的活动和到达节能的作用，用于电压形式操控，也可用于电流形式操控;既并且使电源的电磁兼容功用力得到了加强[1] 。可用于电流接连的作业形式操控，也可用于电流民主均流操控技能[3]，既能完成电源模块的不接连的作业形式操控，是开关改换器操控办法主动均流，又能够完成电源模块的冗余。电源模开展的一个重要方向。块的退出与添加均不影响体系的正常作业，均流
4.2 开关电源操控技能的现状剖析与开展趋势
在软开关改换电路中，有变频操控的 PFM，和恒频操控的 PWM。因为恒频操控办法要优于变频操控办法，恒频软开关技能已成为软开关技能的干流。其间，在传统的桥式相控电路中，若归纳 PWM 技能和软开关技能的长处，则可在大规模内完成 PWM 操控和输出电压或电流的大规模无级调理，并且在功率器材换流瞬间，完成零电压开关换流。这是一种低本钱、高效率的有用电路。但现在研发的相移操控软开关电路存在一些不足之处，首要是改换电路滞后桥臂零电压开关规模窄。因而，拓展其软开关规模是该电路得到进一步广泛运用的条件。各国学者一向在尽力，提出一系列改进办法，首要会集在三个方面：一是拓展滞后桥臂的零电压注册规模;二是将滞后桥臂构形成零电流关断规模大的软开关;三是原边的开关管和副边的整流二极管一起完成大规模的软开关。现在，在这几方面都获得了很大的开展，为软开关技能在开关电源中的广泛运用打下杰出的根底[1]。
在功率因数校对电路方面，其电路一般选用升压拓扑结构。而较受重视的是 PFC 的操控技能。现在最为常用的操控技能有三种：均匀电流型操控、CCM/DCM 鸿沟操控、电流钳位操控。其间均匀电流型操控最为遍及，该电路中经过检测 Boost 电感电流并与正弦电流基准信号进行比较，所得的差错信号经扩大后再与谐波信号进行比较，发生 PWM 占空比信号去操控主开关，以完成单位功率因数和安稳输出电压。该操控技能的电压环带宽操控在 20Hz 以下，电流环则要求足够快以满意不失真和低谐波的要求。它有专用操控器芯片，如 UC3854，现在一般用于 1kW 以上的功率级。这种技能的长处是定频操控，功率因数较高;缺陷是要检测电感电流，操控器外围规划较为杂乱。CCM/DCM 鸿沟操控是一种滞后操控技能，操控的上限是一个正弦基准电流，下限为零。电流钳位操控实践上便是电流型操控Boost 电路。
在操控形式方面，有电压形式操控和电流形式操控。电压形式是单环操控，电流形式操控是双环操控。电流形式操控技能能够较好地处理大功率电源的并联问题，电源的动态呼应功用更好，变压器的偏磁状况、电源模块的过载或短路维护等得到显着的改进。所以在电源产品的规划中电流形式得到广泛的运用。
在新技能方面，近来开关改换器开展起来的本脉冲操控是最值得注意的方向之一。不过，现在没有见到根据本脉冲操控技能的开关电源产品。
与此一起，世界上许多出名的电子公司为了习惯功率电子学开展的浪潮，不断推出习惯各种新式操控技能的芯片。美国的 UNITRODE 公司是其间一个杰出代表，其所开发的芯片既有电压形式操控的，又有电流形式操控的，覆盖了功率电子学一切的运用范畴。其间，与开关电源密切相关的芯片首要有相移操控系列芯片、单相硬开关功率因数校对系列芯片、单相软开关功率因数校对系列芯片、开关电源负载均流系列芯片等等。成功地研发这些功用杰出的芯片，为软开关技能和功率因数校对技能以及其它新技能在开关电源的运用奠定了必定的物质根底。
5 定论
PWM 高频调制技能、软开关技能、处理网侧谐波电流和进步网侧功率因数的 PFC 技能的研讨正将电力电子技能的运用引进高效、高功用、高功率因数和低污染的新阶段。然后使开关电源产品在体系的牢靠性和安稳性、电磁兼容性、消除网侧电源谐波、进步电源利用率、下降损耗、进步体系的动态功用等方面获得长足进步的一起，正向高频化、高功率密度、高功率因数、高牢靠性和高智能化方向开展。
