论文部分内容阅读
摘要：电能凭借其高效、洁净等诸多优点，己成为人们日常生活和工业生产当中不可或缺的能源。若想满足各种设备的用电需求，电能在产生之后还需要经过各种有效的转换和处理。而随着电子元器件和用电设备的不断发展，电能转换技术己经成为现代电力电子技术的发展核心。本研究针对开关电源的相关问题以及技术问题做了综述。
关键词：开关电源；线路；现状；措施
开关电源是通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，对储能器件进行周期性的充电和放电，从而形成稳定输出的一种电源。与线性电源相比，开关电源的成本虽然也是随着输出功率的增加而增长，但远远小于线性电源的成本增长。因此，随着用电设备对转换效率要求越来越高，开关电源已逐步取代的传统线性电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。
1开关电源发展概述
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。
电子技术的飞速发展，作为电子系统心脏的电源也獲得了空前进展。开关电源和线性电源是现代电子电源发展的两个主要方面，开关电源以功耗小、效率高、体积小、重量轻的优势几乎席卷了整个电子界，而线性电源则以其固有的稳定性仍占有一席之地。为了顺应现代电子技术设备对多种电压和电流的需求，在满足体积小、重量轻、效率高、抗干扰能力强的同时，还应有更好的可靠性和经济经济性。开关电源的发展经历了从线性电源、相控电源到开关电源的发展历程，由于开关电源具有功率转换效率高、稳压范围宽、功率密度比大、重量轻等优点，从而取代了相控电源，成为通信电源的主体，并向着高频小型化、高效率、高可靠的方向发展。计算机控制、计算机通信和计算机网络技术的快速发展，为通信电源监控系统的发展和完善提供了外部条件，使其发展逐步实现少人值守。
2开关电源发展中存在的问题
在开关电源的发展过程中存在着很多问题，主要表现在提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目標。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备尤为重要；电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求：损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注；电压调节器模块是一类低电压、大电流输出DC-DC变换器模块，向微处理器提供电源。现在数据处理系统的速度和效率日益提高，为降低微处理器IC的电场强度和功耗，必须降低逻辑电压，新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V，而电流则高达50A～100A，所以对VRM的要求是：输出电压很低、输出电流大、电流变化率高、快速响应等；另外，电源电路作为一种供电源，起着外部与设备的接口作用。因此，在受到外部嗓声最强影响的同时，也是设备本身的噪声的最终出口。正因为如此同设备内部的任何电路、器件相比，就要更关心电源的嗓声问题。电源噪声是一种电磁干扰波（EMI），被干扰对象是无线电通信。为使无线电波不受EMI的影响，就要限定这种EMI的大小。一般来说除特殊情况外，都耍采取法定措施加以限制，EMI一般有两种传播途径，要按各个途径进行评价及控制，一种是以波长长的频带向电源线传播，给发射区以干扰的途径，一般在30MHz以下，这种波长长的频率在附属于电子设备的电源线的长度范围内还不满1个波长，其辐射到空间的量也很小。
3相应技术在开关电源稳定性方面的应用
3.1开关电源工作原理
开关电源的基本工作原理：输入交流电（市电）首先经过整流滤波电路形成直流VS，该直流电V。再经过通、断状态。V。控制的电子开关电路后，变换成脉冲状态交流电V0'，V0'再经电感、电容等储能元件构成的整流滤波电路平滑后，输出直流电V0。显然，输出直流V0的大小取决于脉冲状交流电V0'的有效值大小（成正比），而V0'的有效值又与开关的导通占空比D=TON/T（其中T=TON+TOFF）成正比。此外，通过取样比较电路中的取样电阻R1和R2对输出电压V0取样，并使之与基准电压VREF进行比较，若取样电压高于VREF，则比较电路输出Ve减小，取样控制占空比控制电路，使TON/T下降，从而使V0下降；若取样电压低于VREF，则比较电路输出Ve增加，使TON/T增加，从而使V0增加，这样就可以使开关电源的输出电压V0稳定在一个恒定值上。
3.2 AC-DC开关电源技术
由于电源轻、小、薄的关键是高频化，因此国外目前都在致力于同步开发新型高智能元器件，特别是改善二次整流管的损耗、变压器电容器小型化，并同时采用SMT技术在电路板两面布置元件以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源比连续工作电源使用的元器件多数十倍，因此降低了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。追求寿命的延长要从设计方面着眼，而不是从使用方面着想。美国一公司通过降低给温、减少器件的电应力、降低运行运行电流等措施使其AC-DC开关电源系列产品的可靠性大大提高。另外，开关电源的又一缺点是噪声大，单纯追求高频化，噪声也随之增大，采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以高频化，又可以低噪声。但谐振转换技术也有其难点，如很难准确地控制开关频率、谐振时增大了器件负荷、场效应管的寄生电容易引起适中损耗、元件热应力转向开关管等问题难以解决，而AC-DC开关电源技术很好地解决了这个问题。由于AC-DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电的电子设备，电网侧功率因数仅为0.6～0.65。采用PFC（功率因数校正）变换器，网侧功率因数可提高到0.95～0.99，输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染，又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相APFC国内外开发较早，技术已较成熟，如果对输入端功率因数要求不特别高时，将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑，构成单级高功率因数AC/DC开关电源，只用一个主开关管，可使功率因数校正到0.8以上，并使输出直流电压可调。
结束语：
随着用电设备对转换效率要求越来越高，开关电源已逐步取代的传统线性电源。开关电源技术在建筑工程发展中起着一定的作用，不能被忽视。它的好坏决定着建筑物的质量和使用效率。为了更好的让开关电源技术在建筑工程中发挥作用，就要不断加强和改进现有技术中的缺陷，建筑相关单位应该高度地重视起来。希望我国早日实现全面建成小康社会的伟大宏愿。
参考文献：
[1] 扬旭等编著.开关电源技术.机械工业出版社出版.2004
[2] 黄燕编著.开关电漏故障检修方法.国防工业出版社出版，2004
[3] 沙占友，王彦明，葛佳怡等，开关电源的新技术及其应用，电力电子技术， 2003
关键词：开关电源；线路；现状；措施
开关电源是通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，对储能器件进行周期性的充电和放电，从而形成稳定输出的一种电源。与线性电源相比，开关电源的成本虽然也是随着输出功率的增加而增长，但远远小于线性电源的成本增长。因此，随着用电设备对转换效率要求越来越高，开关电源已逐步取代的传统线性电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。
1开关电源发展概述
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。
电子技术的飞速发展，作为电子系统心脏的电源也獲得了空前进展。开关电源和线性电源是现代电子电源发展的两个主要方面，开关电源以功耗小、效率高、体积小、重量轻的优势几乎席卷了整个电子界，而线性电源则以其固有的稳定性仍占有一席之地。为了顺应现代电子技术设备对多种电压和电流的需求，在满足体积小、重量轻、效率高、抗干扰能力强的同时，还应有更好的可靠性和经济经济性。开关电源的发展经历了从线性电源、相控电源到开关电源的发展历程，由于开关电源具有功率转换效率高、稳压范围宽、功率密度比大、重量轻等优点，从而取代了相控电源，成为通信电源的主体，并向着高频小型化、高效率、高可靠的方向发展。计算机控制、计算机通信和计算机网络技术的快速发展，为通信电源监控系统的发展和完善提供了外部条件，使其发展逐步实现少人值守。
2开关电源发展中存在的问题
在开关电源的发展过程中存在着很多问题，主要表现在提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目標。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备尤为重要；电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求：损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注；电压调节器模块是一类低电压、大电流输出DC-DC变换器模块，向微处理器提供电源。现在数据处理系统的速度和效率日益提高，为降低微处理器IC的电场强度和功耗，必须降低逻辑电压，新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V，而电流则高达50A～100A，所以对VRM的要求是：输出电压很低、输出电流大、电流变化率高、快速响应等；另外，电源电路作为一种供电源，起着外部与设备的接口作用。因此，在受到外部嗓声最强影响的同时，也是设备本身的噪声的最终出口。正因为如此同设备内部的任何电路、器件相比，就要更关心电源的嗓声问题。电源噪声是一种电磁干扰波（EMI），被干扰对象是无线电通信。为使无线电波不受EMI的影响，就要限定这种EMI的大小。一般来说除特殊情况外，都耍采取法定措施加以限制，EMI一般有两种传播途径，要按各个途径进行评价及控制，一种是以波长长的频带向电源线传播，给发射区以干扰的途径，一般在30MHz以下，这种波长长的频率在附属于电子设备的电源线的长度范围内还不满1个波长，其辐射到空间的量也很小。
3相应技术在开关电源稳定性方面的应用
3.1开关电源工作原理
开关电源的基本工作原理：输入交流电（市电）首先经过整流滤波电路形成直流VS，该直流电V。再经过通、断状态。V。控制的电子开关电路后，变换成脉冲状态交流电V0'，V0'再经电感、电容等储能元件构成的整流滤波电路平滑后，输出直流电V0。显然，输出直流V0的大小取决于脉冲状交流电V0'的有效值大小（成正比），而V0'的有效值又与开关的导通占空比D=TON/T（其中T=TON+TOFF）成正比。此外，通过取样比较电路中的取样电阻R1和R2对输出电压V0取样，并使之与基准电压VREF进行比较，若取样电压高于VREF，则比较电路输出Ve减小，取样控制占空比控制电路，使TON/T下降，从而使V0下降；若取样电压低于VREF，则比较电路输出Ve增加，使TON/T增加，从而使V0增加，这样就可以使开关电源的输出电压V0稳定在一个恒定值上。
3.2 AC-DC开关电源技术
由于电源轻、小、薄的关键是高频化，因此国外目前都在致力于同步开发新型高智能元器件，特别是改善二次整流管的损耗、变压器电容器小型化，并同时采用SMT技术在电路板两面布置元件以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源比连续工作电源使用的元器件多数十倍，因此降低了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。追求寿命的延长要从设计方面着眼，而不是从使用方面着想。美国一公司通过降低给温、减少器件的电应力、降低运行运行电流等措施使其AC-DC开关电源系列产品的可靠性大大提高。另外，开关电源的又一缺点是噪声大，单纯追求高频化，噪声也随之增大，采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以高频化，又可以低噪声。但谐振转换技术也有其难点，如很难准确地控制开关频率、谐振时增大了器件负荷、场效应管的寄生电容易引起适中损耗、元件热应力转向开关管等问题难以解决，而AC-DC开关电源技术很好地解决了这个问题。由于AC-DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电的电子设备，电网侧功率因数仅为0.6～0.65。采用PFC（功率因数校正）变换器，网侧功率因数可提高到0.95～0.99，输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染，又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相APFC国内外开发较早，技术已较成熟，如果对输入端功率因数要求不特别高时，将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑，构成单级高功率因数AC/DC开关电源，只用一个主开关管，可使功率因数校正到0.8以上，并使输出直流电压可调。
结束语：
随着用电设备对转换效率要求越来越高，开关电源已逐步取代的传统线性电源。开关电源技术在建筑工程发展中起着一定的作用，不能被忽视。它的好坏决定着建筑物的质量和使用效率。为了更好的让开关电源技术在建筑工程中发挥作用，就要不断加强和改进现有技术中的缺陷，建筑相关单位应该高度地重视起来。希望我国早日实现全面建成小康社会的伟大宏愿。
参考文献：
[1] 扬旭等编著.开关电源技术.机械工业出版社出版.2004
[2] 黄燕编著.开关电漏故障检修方法.国防工业出版社出版，2004
[3] 沙占友，王彦明，葛佳怡等，开关电源的新技术及其应用，电力电子技术， 2003