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大功率开关电源技术的即将进入新时代
- 2019-01-22 -

电子设备特别是计算机的不断小型化,要求供电电源的体积随之小型化,因此大功率开关电源开始代替以粗笨的工频变压器为特征的线性稳压电源,同时电源功率得到明显前进。电源体积的减小意味着散热才能的变差,因此要求电源的功耗变小,即在输出功率不变的前提下,功率有必要前进。

1、大功率开关电源进入:高效率功率变换时代

仔细分析,高效率功率变换看起来是很简单的,甚至有些电路拓扑在20多年前就有介绍(如两级变换拓扑结构,早在UNITRODE82/83年数据手册的ApplicationNote的AN19中就有介绍、TEK2235示波器中也采用了这种功率变换拓扑结构),但受当时的技术水平,特别是人们认识的限制(总是认为两级变换的效率比单级低,而事实上两级变换可以实现事实上的固有的零电压开关,单级变换则需要特殊的附加电路和控制方式)而并没有得到承认和应用。器件的性能和人们认识的提高已经使两级变换作为高效率功率变换的主要方式之一。

2、大功率开关电源的损耗主要为:无源元件损耗和有源元件损耗

开关损耗一向困惑着大功率开关电源规划者,因为功率半导体器材在开关过程中,器材上同时存在电流、电压,因此不可避免地存在开关损耗,假如大功率开关电源中开关管和输出整流二极管能完成零电压开关或零电流开关,则其功率能够明显前进。

开关过程引起的开关损耗大致会占总输入功率的5%~10%,大幅度下降或消除这一损耗可使大功率开关电源的功率前进5%~10%。有用的办法是软开关技术或零电压开关或零电流开关技术。

在众多软开关的计划中,比较有用的有大功率的全桥改换器,一般选用移相零电压开关的操控办法,这种操控办法要求在初级侧需附加一续流电感以确保开关管在零电压状态下导通,因为较大的有用值电流流过,这个附加电感将发热(虽然比RC缓冲电路小得多),因此在低压功率改换中并不选用。

无源无损耗缓冲电路的特点是不损坏惯例PWM操控办法,规划/调试简略。虽然如此,无源无损耗缓冲电路和准谐振/零电压开关工作办法也存在一些缺点,如仅能完成关断软开关以及在反激式改换器中不太适于大负载规模改变。软开关中有源箝位是前进单管正/反激改换器功率的有用办法,开始的专利约束现在已失效,能够遍及使用。

3、效率提高的同时:电源的电磁干扰得到减小

在大功率开关电源的各种损耗中,电磁干扰所产生的损耗,在电源效率高到一定水平后将不容忽视。一方面电磁干扰本身消耗能量,特别是电源效率的提高往往需要软开关技术或零电压开关或零电流开关技术(无论是专门设置还是电路本身固有),应用这些技术减缓了开关过程的电压、电流的变化速率或消除了开关过程,电磁干扰变得很小,不需要像常规开关电源电路中需要专门设置抑制电磁干扰的电路(这个电路是存在损耗的)。