开关电源研究综述【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电气工程及自动化开关电源研究综述摘要：文章对开关电源做了较为全面的介绍。概括了开关电源的背景知识，定义，应用以及较为详细的分类情况。然后对开关电源的分类以及发展的走势进行了展望。关键词：开关电源控制电路电路设计1.引言随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而取代传统技术设计制造的连续工作

2、的线性电源，并广泛应用于电子、电气设备中。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成了计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电气设备以及家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。[1]开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关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。[4]开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线形电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低

3、，电流大；关断时，电压高，电流小）功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。[2-3]与线性电源相比，PWM开关电源更为效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。[8]开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，也有AC/ACDC/AC如逆变器DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的

4、认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。2.开关电源的分类42.1DC/DC类开关电源DC/DC变换器是开关电源的核心部分，它是一种控制开关S通/断时间的比例，用电抗器与电容器蓄积能量的元件。对断续的波形进行平滑处理，从而更有效地调整功率流的电路。按输入输出的隔离方式有隔离方式与非隔离方式；按开关的控制方式有自励式与它励式，以及脉宽调制、脉频调制与幅度调制等多种方式。[7]DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式T不变，改变

5、频率F的调制方式(通用)，二是频率F不变而改变脉宽T的调制方式（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类：①Buck电路——降压斩波器、其输出平均电压U0小于输入电压UD，极性相同。②Boost对电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压UD，极性相同。③Buck—Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压UD，极性相反，电感传输。④Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压UD，极性相反，电容传输。[5]当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W

6、、600W、800W等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3，效率为（80～90）％。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频RM系列开关电源模块，其开关频率为200～300kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90％。[3]2.2AC/DC类开关电源AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率电流由负载传输返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电解电容器是必不可

7、少的。同时因遇到安全问题（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波器及使用符合安全标准的元件，这样就限制了AC/DC电源体积的小型化。另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求。由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程。