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上海碩頓電子一家專業(yè)從事定制開關電源生產的廠家
發(fā)表時間：2018/8/8 15:27:23 瀏覽次數：941
開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一點稱為成本反轉點。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣闊的發(fā)展空間。
?開關電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。
?開關電源中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET。
?SCR在開關電源輸入整流電路及軟啟動電路中有少量應用，GTR驅動困難，開關頻率低，逐漸被IGBT和MOSFET取代。
?開關電源的三個條件
?1、開關：電力電子器件工作在開關狀態(tài)而不是線性狀態(tài)
?2、高頻：電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻
?3、直流：開關電源輸出的是直流而不是交流
?開關電源的分類
?人們在開關電源技術領域是邊開發(fā)相關電力電子器件，邊開發(fā)開關變頻技術，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現已實現模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。
?2.1 DC/DC變換
?DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式Ts不變，改變ton(通用)，二是頻率調制方式，ton不變，改變Ts（易產生干擾）。其具體的電路由以下幾類：
?（1）Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓
?U0小于輸入電壓Ui，極性相同。
?（2）Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓
?U0大于輸入電壓Ui，極性相同。
?（3）Buck－Boost電路——降壓或升壓斬波器，其
?輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。
?（4）Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電
?壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電容傳輸。
?還有Sepic、Zeta電路。
?上述為非隔離型電路，隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。
?當今軟開關技術使得DC/DC發(fā)生了質的飛躍，美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3，效率為（80～90）％。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為（200～300)kHz，功率密度已達到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極管），使整個電路效率提高到90％。
?2.2AC/DC變換
?AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作損耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。
?AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。
?開關電源的選用
?開關電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結構的特點（多級串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術指標上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(0.5～1）％。開關電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應注意以下幾點：
?3.1輸出電流的選擇
?因開關電源工作效率高，一般可達到80％以上，故在其輸出電流的選擇上，應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流，以使被選用的開關電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為：
?Is=KIf
?式中：Is—開關電源的額定輸出電流；
?If—用電設備的最大吸收電流；
?K—裕量系數，一般取1.5～1.8；
?3.2接地
?開關電源比線性電源會產生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設備，應采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，開關電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開關電源一般應帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術的HA系列開關電源，將其FG端子接大地或接用戶機殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。
?3.3保護電路
?開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊，并且其保護電路的技術參數應與用電設備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設備或開關電源。
?開關電源技術的發(fā)展動向
?開關電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（MnZn)材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關技術進行創(chuàng)新，實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源的工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產品的可靠性大大提高。
?模塊化是開關電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設計成N＋1冗余電源系統(tǒng)，并實現并聯(lián)方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉換電路技術，在理論上即可實現高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題，故仍需在這一領域開展大量的工作，以使得該項技術得以實用化。
?電力電子技術的不斷創(chuàng)新，使開關電源產業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國開關電源產業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術創(chuàng)新之路，走出有中國特色的產學研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國國民經濟的高速發(fā)展做出貢獻。
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?開關電源 測試方法
?一． 耐電壓
?（HI.POT,ELECTRIC STRENGTH ,DIELECTRIC VOLTAGE WITHSTAND）KV
?1.1 定義:于指定的端子間,例如:I/P-O/P,I/P-FG,O/P-FG間,可耐交流之有效值,漏電流一般可容許10毫安,時間1分鐘。
?1.2 測試條件：Ta：25攝氏度；RH：室內濕度。
?1.3 測試回路：
?1.4 說明：
?1．4．1 耐壓測試主要為防止電氣破壞，經由輸入串入之高壓，影響使用者安全。
?1．4．2 測試時電壓必須由0V開始調升，并于1分鐘內調至最高點。
?1．4．2 放電時必須注意測試器之Timer設定，于OFF前將電壓調回 0V。
?1．4．3 安規(guī)認證測試時，變壓器需另行加測，室內 ，溫度25攝氏度，RH：95攝氏度，48HR，后測試變壓器初/次級與初級/CORE。
?1．4．5生產線測試時間為1秒鐘。
?二．紋波噪聲（漣波雜訊電壓）
?（Ripple & Noise）%，mv
?2．1定義：
?直流輸出電壓上重疊之交流電壓成份最大值(P-P)或有效值。
?2．2測試條件:
?I/P: Nominal
?O/P : Full Load
?Ta : 25℃
?2．3測試回路:
?2．4測試波形:
?2．5說明:
?2．5．1示波器之GND線愈短愈好,測試線得遠離PUS。
?2．5．2使用1：1之Probe。
?2．5．3 Scope之BW一般設定于20MHz，但是對于目前的網絡產品測試紋波噪聲最好將BW設為最大。
?2．5．4 Noise與使用儀器，環(huán)境差異極大，因此測試必須表明測試地點。
?2．5．5測試紋波噪聲以不超過原規(guī)格值 +1%Vo。
?三．漏電流（泄漏電流）
?（Leakage Current）mA
?3．1定義：
?輸入一機殼間流通之電流（機殼必須為接大地時）。
?3．2測試條件：
?I/P：Vin max.×1.06(TUV)/60Hz
?Vin max.(UL1012)/60Hz
?O/P: No Load/Full Load
?Ta: 25 ℃
?3.3測試回路：
?3．4說明：
?3．4．1 L，N均需測。
?3．4．2UL1012 R值為1K5。
?TUV R值為2K/0。15uF。
?3．4．3漏電流規(guī)格TUV：3。5mA,UL1012:5mA。
?四．溫度測試
?（Temperature Test）
?4.1定義：
?溫度測試指PSU于正常工作下，其零件或Case溫度不得超出其材質規(guī)
?格或規(guī)格定值。
?4．2測試條件：
?I/P: Nominal
?O/P: Full Load
?Ta : 25℃
?4．3測試方法：
?4．3．1將Thermo Coupler(TYPE K)穩(wěn)固的固定于量測的物體上
?（速干、Tape或焊接方式）。
?4．3．2 Thermo Coupler于末端絞三圈后焊成一球狀測試。
?4．3．3我們一般用點溫計測量。
?4．4測試零件：
?熱源及易受熱源影響部分
?例如：輸入端子、Fuse、輸入電容、輸入電感、濾波電容、橋整、熱
?敏、突波吸收器、輸出電容、輸出電容、輸出電感、變壓器、鐵芯、
?繞線、散熱片、大功率半導體、Case、熱源零件下之P.C.B.……。
?4．5零件溫度限制：
?4．5．1零件上有標示溫度者，以標示之溫度為基準。
?4．5．2其他未標示溫度之零件，溫度不超過P.C.B.之耐溫。
?4．5．3電感顯示個別申請安規(guī)者，溫升限制65℃Max(UL1012),75℃
?Max(TUV)。
?五．輸入電壓調節(jié)率
?（Line Regulation）, %
?5．1定義：
?輸入電壓在額定范圍內變化時，輸出電壓之變化率。
?Vmax-Vnor
?Line Regulation(+)=------------------
?Vnor
?Vnor-Vmin
?Line Regulation(-)=------------------
?Vnor
?Vmax-Vmin
?Line Regulation=----------------
?Vnor
?Vnor:輸入電壓為常態(tài)值，輸出為滿載時之輸出電壓。
?Vmax:輸入電壓變化時之最高輸出電壓。
?Vmin:輸入電壓變化時之最低輸出電壓。
?5．2測試條件：
?I/P：Min./Nominal/Max
?O/P:Full Load
?Ta:25℃
?5.3測試回路：
?5．4說明：
?Line Regulation 亦可直接Vmax-Vnor與Vmin-Vnor之±最大
?值以mV表示，再配合Tolerance%表示。
?六．負載調節(jié)率
?（Load Regulation）%
?5．1定義：
?輸出電流于額定范圍內變化（靜態(tài)）時，輸出電壓之變化率。
?|Vminl-Vcent|
?Line Regulation(+)=------------------×100%
?Vcent
?|Vcent-VfL|
?Line Regulation(-)=------------------×100%
?Vcent
?|VminL-VfL|
?Line Regulation(%)=----------------×100%
?Vcent
?VmilL:最小負載時之輸出電壓
?VfL:滿載時之輸出電壓
?Vcent:半載時之輸出電壓
?6．2測試條件：
?I/P：Nominal
?O/P:Min./Half/Full Load
?Ta:25℃
?6.3測試回路：
?6．4Load Regulation亦可直接Vmin.L-Vcent與Vcent-Vmax.之±最大
?值以mV表示，再配合Tolerance%表示。
?開關電源
?隨著電力電子技術的告訴發(fā)展，電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發(fā)展。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一成本反轉點。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣泛的發(fā)展空間。
?開關電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。
?2 開關電源的分類
?人們的開關電源技術領域是邊開發(fā)相關電力電子器件，邊開發(fā)開關變頻技術，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現已實現模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。
?2.1 DC/DC變換
?DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調制方式，ton不變，改變Ts（易產生干擾）。其具體的電路由以下幾類：
?（1） Buck電路――降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。
?（2） Boost電路――升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。
?（3） Buck-Boost電路――降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。
?（4） Cuk電路――降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓UI,極性相反，電容傳輸。
?當今軟開關技術使得DC/DC發(fā)生了質的飛躍，美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為（200~300）kHz，功率密度已達到27 W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），是整個電路效率提高到90%。
?2.2 AC/DC變換
?AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。
?AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。
?3 開關電源的選用
?開關電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結構的特點（多級串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術指標上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達（0.5~1）%。開關電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應注意以下幾點：
?3.1輸出電流的選擇
?因開關電源工作效率高，一般可達到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流，以使被選用的開關電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為：
?Is=KIf
?式中：Is―開關電源的額定輸出電流；
?If―用電設備的最大吸收電流；
?K―裕量系數，一般取1.5~1.8；
?3.2接地
?開關電源比線性電源會產生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設備，應采取接地和屏蔽措施，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，形狀開關電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開關電源一般應帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術的HA系列開關電源，將其FG端子接大地或接用戶機殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。
?3.3保護電路
?開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊，并且其保護電路的技術參數應與用電設備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設備或開關電源。
?4 開關電源技術的發(fā)展動向
?開關電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關技術進行創(chuàng)新，實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產品的的可靠性大大提高。
?模塊化是開關電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設計成N＋1冗余電源系統(tǒng)，并實現并聯(lián)方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉換電路技術，在理論上即可實現高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題，故仍需在這一領域開展大量的工作，以使得該項技術得以實用化。
