开关电源的应用——液晶显示器电源的设计

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1、开关电源的应用——液晶显示器电源的设计第一章绪论1.1国内外开关电源的发展与趋势电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源，因此，电源越来越受人们的重视。现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关电源两大类。所谓线性稳压电源，就是其调整工作在线性放大区。这种稳压电源的主要缺点是变换效率低，一般只有35%-60%；开关稳压电源的调整工作在开关状态，主要的优越性就是变换效率高，可达70%-95%。因此目前空间技术、计算机、通信、雷达、电视及家用电器中的稳压电源逐步被开关电源所取代[1]。目前，国内开关电源自主研发及

2、生产厂家有300多家，形成规模的有十多家。国产开关电源已占据了相当市场，一些大公司如中兴通讯自主开发的电源系列产品已获得广泛认同，在电源市场竞争中颇具优势，并有少量开始出口。他们已经逐步做到功能齐全，质量稳定，并能实行全智能，无人值守，基本上接近国际先进水平的产品。但由于我国配套工业落后，有些元器件还得依赖进口。目前国外电信电源中实际应用最多的开关整流器是采用PWM技术的MOSFET开关整流器，开关整流器的发展趋势是向高频大功率智能化发展，现在澳大利亚，加拿大，日本等国家可生产200A的MOSFET开关整流器（模块）。此外采用谐振变换技术的48V/200A开关整流器也是

3、目前典型的新一代大功率开关整流器产品[2]。开关电源产品的技术发展动向是高可靠、高稳定、低噪声、抗干扰和实现模块化。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。高效率。为了使开关电源较、小、薄，高频化是必然发展趋势。而高频化又必然使传统的PWM开关功耗加大，效率降低，噪声也提高了，达不到高频、高效的预期效益，因此实现零电压导通、本电流关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流。采用软开关技术可使效率达到85～88%。据悉，美国WICOR开关电源公司设计制

4、造了多种ECZ较开关DC／DC变换器，其最大输出功率有800W、600W、300W等，相应的功率密度为6.2、10、17w／cm3，效率为80～90%；日本NemicLambda公司刚推出一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列（日本人称这种技术为“部分谐振”），开关频率200—300kHz，功率密度27W／cm3，用同步整流器（即用MOS－FER代替肖特基二级管）使整个电路效率提高到90%。高可靠。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

5、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、降低运行电流等措施使其DC／DC开关电源系列产品的可靠性大大提高，产品的MTBF高达100万小时以上。35开关电源的应用——液晶显示器电源的设计模块化。无论是AC／DC或是DC／DC或是变换器都是朝模块化方向发展。其特点是：可以用模块电源组成分布式电源系统；可以设计成N＋1冗余电源系统，从而提高可行性；可以做成插入式，实现热更换，从而在运行中出现故障时能高速更换模块插件；多台模并联可实现大功率电源系统。此外，还可以在电源系统建成后，根据发展需要不断扩充容量。低噪声。开关电源的又一缺点是噪声大，单纯追求高频化，

6、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短路损耗、元件热应力转向开关管等问题难以解决。日本把变压器设计成初次级分离阻燃密封，自身具备对体噪声功能的共模无噪声隔离变压器，既节省了噪声滤波器，又减少了噪声。抗电磁干扰（EMI）。当开关电源在高频下开关时，其噪声通过电源线产生对其它电子设备的干扰，世界各国已有抗EMI的规范或标准，如美国的FCC、德国的VDE等，研究开发抗EMI的开关电源日益显行生要。计算机辅助计（CAD）。利用计算机对开关电

7、源系统、稳定性分析、电路仿真、印刷电路板、热传导分析、EMI分析以及可靠性等进行CAD设计和模拟试验，十分有效，是最为快速经济的设计方法。产品更新加快。目前的开关电源产品要求输入电压通用（适用世界各国电网电压规模）、输出电压范围扩大（如计算机和工作站需要增加3.3V这一档电压、程控需要增加DC150V这一电压）、输人端功率因数进一步提高（最有效的方法是加一级“有源功率因数校正器APFC”），并具有安全、过压保护等功能[1]。1.2两种电源的基本原理1.2.1线性稳压电源线性稳压电源原理如图1-1所示，调整管(晶体管)工作在线性放大区，通过