能量注入式谐振型开关电源的分析

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1、-重庆大学硕士学位论文1绪论末，耐压高、电流大的双极性电力晶体管(BJT、GTR)的出现[11]，促成了采用高工作频率的开关电源的问世，20世纪60年代确定的开关电源基本拓扑结构一直沿用至今。早期的开关电源仅有几千赫兹的开关频率，伴随着新型开关器件的出现以及磁性材料性能的逐步改进，开关频率也得到了逐步的提高。但是当开关频率达到十千赫兹左右时，变压器和电感等带有磁性材料的元器件发出的噪声就会变的很刺耳。随着技术改进及开关器件的发展，在20世纪70年代，开关频率终于突破了二十千赫兹的人耳听觉极限，同时开关频率的提高也进一步减少了开关电源的体积，在有些书籍和

2、文献中甚至将这一变化称为“20KHz革命”。随着电力MOSFET在开关电源中的应用，开关电源的频率得到了进一步的提高，这使得开关电源的体积变的更小，重量变得更轻，功率密度更进一步提高。在20世纪80年代以前，开关电源在小功率场合才能得到广泛的应用，而中大功率的场合主要仍采用晶闸管相控整流电源，但是在20世纪80年代后IGBT出现了，IGBT的出现改变了这一现状[12]。IGBT可以看成MOSFET和GTR复合而成的器件，IGBT既具有GTR工作于中等功率场合的特性，也具有MOSFET的高工作频率的特性，IGBT的出现，大大增加了开关电源的容量，在许多中

3、等功率的场合，迅速替代了相控电源。开关频率的提高可以使电源体积减小、重量变轻。但却增大了开关损耗，降低了电源的效率。此外开关频率的不断提高也会使电源的电磁干扰问题变得更加突出，为解决这一问题。在上世纪80年代出现了采用准谐振技术的零电压开关电路和零电流开关电路，这种技术被称为软开关技术。在理想的情况下，采用软开关技术，能够使开关损耗降到零，提高了系统的效率，同时也能够使电磁干扰大大减少，因而为开关频率的进一步提高提供了更大的空间，这一技术使得电源在体积更小、重量更轻、效率更高、功率密度更大的方面得到大力的发展[13]。因此，至今对软开关技术的研究仍极其

4、活跃，软开关技术已成为应用于各种实际电力电子电路中的一项基础性技术。开关电源和交流电网之间的连接电路通常都是二极管整流电路，通过整流电路的输入电流已不再是正弦波，而是含有大量谐波的波形，这使得电源的功率因数较低。如果公用电网上接有大量这种功率因数较低的开关电源负载时，就会使得电网遭受严重的谐波污染，为了减小开关电源对公用电网的谐波污染，必须提高开关电源的功率因数，在20世纪90年代，出现了功率因数校正(PowerFactorCorrection---PFC)技术，并在各种开关电源中大量应用[14]。总之，开关电源的研究现状主要在以下几个方面得到了具体的

5、体现。①新理论、新技术的指导。谐振变换、移相谐振、零开关PWM、零过渡PWM等电路拓扑理论；功率因数校正、有源箱位、并联均流、同步整流、高频磁放大器、高速2------重庆大学硕士学位论文1绪论编程、遥感遥控、微机监控等新技术，指导了现代电源技术的发展。②新器件、新材料的支撑。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、功率场效应晶体管(MOSFET)、智能IGBT功率模块(IPM)、栅控晶闸管(MCT)、静电感应晶体管(SIT)、超快恢复二极管、无感电容器、无感电阻器、新型铁氧体、非晶和微晶软磁合金、纳米晶软磁合金等元器件，装备了现代电源技术，促进产品升级换代。

6、③控制的智能化。控制电路、驱动电路、保护电路采用集成组件。控制电路采用全数字化。控制手段用微处理器和单片机组成的软件控制方式，达到了较高的智能化程度，并且进一步提高了电源设备的可靠性。④电源电路的模块化、集成化[15]。电源技术发展的特点是电源电路的模块化、集成化。单片电源和模块电源取代整机电源，功率集成技术简化了电源的结构。已经在通讯、电力获得广泛的应用，并且派生出新的供电体制---分布式供电，使集中供电单一体制走向多元化。1.2.2开关电源的发展趋势由于开关电源重量轻、体积小的关键技术是高频化，因此近些年国内外各大开关电源生产商都致力于新型高智能化

7、元器件的同步开发，尤其是在改善二次整流器件损耗方面[16]，并加大了在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上的科技创新，目的在于使开关电源在高频和大磁通密度下仍能获得高的磁性能，并且电容器的小型化技术同样也是一项减小开关电源体积的关键技术。表面贴装(SMT)技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，并在电路板两面布置元器件，同样是减小电源体积的一个重要手段。另外，开关电源若想实现更高频化就必须对传统的PWM硬开关技术进行创新，因此实现零电压(ZVS)开关、零电流(ZCS)开关的软开关技术已成为主流技术，软开关技术由于改善了开关损耗问题因而也大幅提高了开关电源工作

8、效率[17]。而对于高可靠性指标方面，美国的一些开关电源制造商通过降低工作电流和降低结温等措施