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隨著電力電子技術的高速發(fā)展,電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切,而電子設備都離不開可靠的電源,進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關電源化,率先完成計算機的電源換代,進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域,程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源,更促進了開關電源技術的迅速發(fā)展。

開關電源和線性電源相比,二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長,但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上,反而高于開關電源。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新,使得開關電源技術在不斷地創(chuàng)新,這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動,這為開關電源提供了廣泛的發(fā)展空間。

開關電源高頻化是其發(fā)展的方向,高頻化使開關電源小型化,并使開關電源進入更廣泛的應用領域,特別是在高新技術領域的應用,推動了高新技術產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用在安防監(jiān)控,節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。

1、體積小、重量輕：由于沒有工頻變壓器,所以體積和重量只有線性電源的20～30%。

2、功耗小、效率高：功率晶體管工作在開關狀態(tài),所以晶體管上的功耗小,轉(zhuǎn) 化效率高,一般為60～70%,而線性電電源只有30～40%。

工作條件

1、開關：電力電子器件工作在開關狀態(tài)而不是線性狀態(tài)

2、高頻：電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻

3、直流：開關電源輸出的是直流而不是交流

這里主要介紹的只是直流開關電源,其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源（粗電）,如市電電源或蓄電池電源,轉(zhuǎn)換成滿足設備要求的質(zhì)量較高的直流電壓（精電）。直流開關電源的核心是DC/DC轉(zhuǎn)換器。因此直流開關電源的分類是依賴DC/DC轉(zhuǎn)換器分類的。也就是說,直流開關電源的分類與DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類是基本相同的,DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類基本上就是直 流開關電源的分類。

直流DC/DC轉(zhuǎn)換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器；另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式DC/DC轉(zhuǎn)換器。

隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以按有源功率器件的個數(shù)來分類。單管的DC/DC轉(zhuǎn)換器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）兩種。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換器 有雙管正激式（DoubleTransistor Forward Converter）,雙管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter） 和半橋式（Half-Bridge Converter）四種。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器就是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器（Full-Bridge Converter）。

非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器,按有源功率器件的個數(shù),可以分為單管、雙管和四管三類。

單管DC/DC轉(zhuǎn)換器共有六種,即降壓式（Buck）DC/DC轉(zhuǎn)換器 ,升壓式（Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器、升壓降壓式（Buck Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器、Cuk DC/DC轉(zhuǎn)換器、Zeta DC/DC轉(zhuǎn)換器和SEPIC DC/DC轉(zhuǎn)換器。在這六種 單管DC/DC轉(zhuǎn)換器中,Buck和Boost式DC/DC轉(zhuǎn)換器是基本的,Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC轉(zhuǎn)換器是從中派生出來的。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換 器有雙管串接的升壓式（Buck-Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器常用的是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器（Full-Bridge Converter）。

隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器在實現(xiàn)輸出與輸入電氣隔離時,通常采用變壓器來實現(xiàn),由于變壓器具有變壓的功能,所以有利于擴大轉(zhuǎn)換器的輸出應用 范圍,也便于實現(xiàn)不同電壓的多路輸出,或相同電壓的多種輸出。

在功率開關管的電壓和電流定額相同時,轉(zhuǎn)換器的輸出功率通常與所用開關管的數(shù)量成正比。所以開關管數(shù)越多,DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出功率越大,四管式比兩管式輸出功率大一倍,單管式輸出功率只有四管式的1/4。

非隔離式轉(zhuǎn)換器與隔離式轉(zhuǎn)換器的組合,可以得到單個轉(zhuǎn)換器所不具備的一些特性。

按能量的傳輸來分,DC/DC轉(zhuǎn)換器有單向傳輸和雙向傳輸兩種。具有雙向傳輸功能的DC/DC轉(zhuǎn)換器,既可以從電源側(cè)向負載側(cè)傳輸功率,也可 以從負載側(cè)向電源側(cè)傳輸功率。

DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以分為自激式和他控式。借助轉(zhuǎn)換器本身的正反饋信號實現(xiàn)開關管自持周期性開關的轉(zhuǎn)換器,叫做自激式轉(zhuǎn)換器,如洛耶爾 （Royer）轉(zhuǎn)換器就是一種典型的推挽自激式轉(zhuǎn)換器。他控式DC/DC轉(zhuǎn)換器中的開關器件控制信號,是由外部專門的控制電路產(chǎn)生的。

按照開關管的開關條件,DC/DC轉(zhuǎn)換器又可以分為硬開關（Hard Switching）

和軟開關（Soft Switching）兩種。硬開關DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關器件 是在承受電壓或流過電流的情況下,開通或關斷電路的,因此在開通或關斷過程中將會產(chǎn)生較大的交疊損耗,即所謂的開關損耗（Switching loss）。當轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)一定時開關損耗也是一定的,而且開關頻率越高,開關損耗越大,同時在開關過程中還會激起電路分布電感和寄生 電容的振蕩,帶來附加損耗,因此,硬開關DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關頻率不能太高。軟開關DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關管,在開通或關斷過程中,或是加于 其上的電壓為零,即零電壓開關（Zero-Voltage-Switching,ZVS）,或是通過開關管的電流為零,即零電流開關（Zero-Current·Switching,ZCS）。這種軟開關方式可以顯著地減小開關損耗,以及開關過程中激起的振蕩,使開關頻率可以大幅度提高,為轉(zhuǎn)換器的小型化和模塊化創(chuàng)造 了條件。功率場效應管（MOSFET）是應用較多的開關器件,它有較高的開關速度,但同時也有較大的寄生電容。它關斷時,在外電壓的作用下, 其寄生電容充滿電,如果在其開通前不將這一部分電荷放掉,則將消耗于器件內(nèi)部,這就是容性開通損耗。為了減小或消除這種損耗,功率場 效應管宜采用零電壓開通方式（ZVS）。絕緣柵雙極性晶體管（Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor,IGBT）是一種復合開關器件,關斷時的電流拖 尾會導致較大的關斷損耗,如果在關斷前使流過它的電流降到零,則可以顯著地降低開關損耗,因此IGBT宜采用零電流（ZCS）關斷方式。IGBT在 零電壓條件下關斷,同樣也能減小關斷損耗,但是MOSFET在零電流條件下開通時,并不能減小容性開通損耗。諧振轉(zhuǎn)換器（ResonantConverter ,RC）、準諧振轉(zhuǎn)換器（Qunsi-Tesonant Converter,QRC）、多諧振轉(zhuǎn)換器（Mu1ti-ResonantConverter,MRC）、零電壓開關PWM轉(zhuǎn)換器（ZVS PWM Converter）、零電流開關PWM轉(zhuǎn)換器（ZCS PWM Converter）、零電壓轉(zhuǎn)換（Zero-Vo1tage-Transition,ZVT）PWM轉(zhuǎn)換器和零電流轉(zhuǎn)換（Zero- Vo1tage-Transition,ZVT）PWM轉(zhuǎn)換器等,均屬于軟開關直流轉(zhuǎn)換器。電力電子開關器件和零開關轉(zhuǎn)換器技術的發(fā)展,促使了高頻開關電源的發(fā)展。

主要分類

人們在開關電源技術領域是邊開發(fā)相關電力電子器件,

邊開發(fā)開關變頻技術,兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類。

微型低功率開關電源

開關電源正在走向大眾化,微型化。開關電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應用,低功率微型開關電源的應用要首先體現(xiàn)在,數(shù)顯表、智能電表、手機充電器等方面。現(xiàn)階段國家在大力推廣智能電網(wǎng)建設,對電能表的要求大幅提高,開關電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應用。

反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關電源

反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關電源與一般串聯(lián)式開關電源的區(qū)別是,這種反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關電源輸出的電壓是負電壓,正好與一般串聯(lián)式開關電源輸出的正電壓極性相反；并且由于儲能電感L只在開關K關斷時才向負載輸出電流,因此,在相同條件下,反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關電源輸出的電流比串聯(lián)式開關電源輸出的電流小一倍。

控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。

1、主電路

沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。

輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。

整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。

逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電,這是高頻開關電源的核心部分。

輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要,提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

2、控制電路

一方面從輸出端取樣,與設定值進行比較,然后去控制逆變器,改變其脈寬或脈頻,使輸出穩(wěn)定,另一方面,根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù),經(jīng)保護電路鑒別,提供控制電路對電源進行各種保護措施。

3、檢測電路

提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。

4、輔助電源

實現(xiàn)電源的軟件（遠程）啟動,為保護電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。

與線性電源相比,PWM開關電源更為有效的工作過程是通過“斬波”,即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現(xiàn)的。

脈沖的占空比由開關電源的控制器來調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波,其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓。

控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)定,其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器,可以設計成與線性調(diào)節(jié)器相同。他們的不同之處在于,誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動功率管之前要經(jīng)過一個電壓/脈沖寬度轉(zhuǎn)換單元。

開關電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小,但是工作過程相差很大,在特定的應用場合下各有優(yōu)點。

1、功耗小,效率高。在開關電源電路中,晶體管V在激勵信號的激勵下,它交替地工作在導通-截止和截止-導通的開關狀態(tài),轉(zhuǎn)換速度很快,頻率一般為50kHz左右,在一些技術先進的國家,可以做到幾百或者近1000kHz.這使得開關晶體管V的功耗很小,電源的效率可以大幅度地提高,其效率可達到80%.

2、體積小,重量輕。從開關電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒有采用笨重的工頻變壓器。由于調(diào)整管V上的耗散功率大幅度降低后,又省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因,所以開關電源的體積小,重量輕。

3、穩(wěn)壓范圍寬。從開關電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的,輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進行補償。這樣,在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時,它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以開關電源的穩(wěn)壓范圍很寬,穩(wěn)壓效果很好。此外,改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。開關電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點,而且實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多,設計人員可以根據(jù)實際應用的要求,靈活地選用各種類型的開關電源。

濾波的效率大為提高,使濾波電容的容量和體積大為減少。開關電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz,是線性穩(wěn)壓電源的1000倍,這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍；即使采用半波整流后加電容濾波,效率也提高了500倍。在相同的紋波輸出電壓下,采用開關電源時,濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/500~1/1000.電路形式靈活多樣,有自激式和他激式,有調(diào)寬型和調(diào)頻型,有單端式和雙端式等等,設計者可以發(fā)揮各種類型電路的特長,設計出能滿足不同應用場合的開關電源。

開關穩(wěn)壓電源缺點

開關穩(wěn)壓電源的缺點是存在較為嚴重的開關干擾。開關穩(wěn)壓電源中,功率調(diào)整開關晶體管V工作在開關狀態(tài),它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾,這些干擾如果不采取一定的措施進行抑制、消除和屏蔽,就會嚴重地影響整機的正常工作。此外由于開關穩(wěn)壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離,這些干擾就會串入工頻電網(wǎng),使附近的其他電子儀器、設備和家用電器受到嚴重干擾。

目前,由于國內(nèi)微電子技術、阻容器件生產(chǎn)技術以及磁性材料技術與一些技術先進國家還有一定的差距,因而造價不能進一步降低,也影響到可靠性的進一步提高。所以在我國的電子儀器以及機電一體化儀器中,開關穩(wěn)壓電源還不能得到十分廣泛的普及及使用。特別是對于無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源中的高壓電解電容器、高反壓大功率開關管、開關變壓器的磁芯材料等器件,在我國還處于研究、開發(fā)階段。

在一些技術先進國家,開關穩(wěn)壓電源雖然有了一定的發(fā)展,但在實際應用中也還存在一些問題,不能十分令人滿意。這暴露出開關穩(wěn)壓電源的又一個缺點,那就是電路結構復雜,故障率高,維修麻煩。對此,如果設計者和制造者不予以充分重視,則它將直接影響到開關穩(wěn)壓電源的推廣應用。當今,開關穩(wěn)壓電源推廣應用比較困難的主要原因就是它的制作技術難度大、維修麻煩和造價成本較高。

開關電源中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET、變壓器。

SCR在開關電源輸入整流電路及軟啟動電路中有少量應用,GTR驅(qū)動困難,開關頻率低,逐漸被IGBT和MOSFET取代。

開關電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。

由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化,因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件,特別是改善二次整流器件的損耗,并在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新,以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能,而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展,在電路板兩面布置元器件,以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關技術進行創(chuàng)新,實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術,并大幅提高了開關電源的工作效率。對于高可靠性指標,美國的開關電源生產(chǎn)商通過降低運行電流,降低結溫等措施以減少器件的應力,使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。

模塊化是開關電源發(fā)展的總體趨勢,可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng),可以設計成N+1冗余電源系統(tǒng),并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點,若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大,而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術,在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲,但部分諧振轉(zhuǎn)換技術的實際應用仍存在著技術問題,故仍需在這一領域開展大量的工作,以使得該項技術得以實用化。

電力電子技術的不斷創(chuàng)新,使開關電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國開關電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度,就必須走技術創(chuàng)新之路,走出有中國特色的產(chǎn)學研聯(lián)合發(fā)展之路,為我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展做出貢獻。

隨著電力電子技術的高速發(fā)展,電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切,而電子設備都離不開可靠的電源,進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關電源化,率先完成計算機的電源換代,進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域,程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源,促進了開關電源技術的迅速發(fā)展。現(xiàn)在,數(shù)字電視、LED、IT、安防、高鐵、智能工廠等新興領域的智能化應用也將大大推進開關電源市場的發(fā)展。

開關電源模塊是新一代的開關電源產(chǎn)品,主要應用于民用、工業(yè)和軍用等眾多領域,包括交換設備、接入設備、移動通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領域和汽車電子、航空航天等。由于采用模塊組建電源系統(tǒng)具有設計周期短、可靠性高、系統(tǒng)升級容易等特點,模塊電源的應用越來越廣泛。尤其近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務的飛速發(fā)展和分布式供電系統(tǒng)的不斷推廣,模塊電源的增幅已經(jīng)超出了一次電源。

一、功率密度沒有最高只有更高

隨著半導體工藝、封裝技術和高頻軟開關的大量使用,模塊電源功率密度越來越大,轉(zhuǎn)換效率越來越高,應用也越來越簡單。目前的新型轉(zhuǎn)換及封裝技術可使電源的功率密度超過（50W/cm3）,比傳統(tǒng)的電源功率密度增大不止一倍,效率可超過90.如Vicor公司近期宣布推出首個ChiP（ConverterhousedinPackage）平臺功率器件模塊。這款新的ChiP總線轉(zhuǎn)換器模塊（BCM）,可在48V輸出提供功率高達1.2kW,峰值效率98,功率密度達1,880W/in3（115W/cm3）。突破性的性能,較目前市場上供應的同類型轉(zhuǎn)換器功率密度高4倍,讓數(shù)據(jù)中心、電信和工業(yè)等應用領域構建有效的高壓直流配電基礎設施。

二、低壓大電流

隨著微處理器工作電壓的下降,模塊電源輸出電壓亦從以前的5V降到了現(xiàn)在的3.3V甚至1.8V,業(yè)界預測,電源輸出電壓還將降到1.0V以下。與此同時,集成電路所需的電流增加,要求電源提供較大的負載輸出能力。對于1V/100A的模塊電源,有效負載相當于0.01,傳統(tǒng)技術難以勝任如此高難度的設計要求。在10m負載的情況下,通往負載路徑上的每m電阻都會使效率下降10,印制電路板的導線電阻、電感器的串聯(lián)電阻、MOSFET的導通電阻及MOSFET的管芯接線等對效率都有影響。

三、數(shù)字控制技術大量采用

使用數(shù)字信號控制（DSC）技術對電源的閉環(huán)反饋實施控制,并形成與外界的數(shù)字化通訊接口,采取數(shù)字控制技術的模塊電源是模塊電源行業(yè)未來發(fā)展的新趨勢,目前產(chǎn)品還很少,多數(shù)模塊電源企業(yè)不掌握數(shù)字控制的模塊電源技術,國際整流器公司（IR）亞太區(qū)銷售副總裁潘大偉認為從業(yè)界發(fā)展來看,在眾多應用中,提升能效的要求將在未來一年里推動電源管理IC的需求。數(shù)字電源管理經(jīng)歷了數(shù)年的緩慢發(fā)展后,現(xiàn)在已經(jīng)進入了快速發(fā)展的階段。未來10年里,對于能效產(chǎn)品的重點研究將有望推動DC-DC轉(zhuǎn)換器等應用采納數(shù)字電源管理。

四、智能功率模塊開始走熱

智能功率模塊（IPMIntelligentPowerModule）不僅把功率開關器件和驅(qū)動電路集成在一起。而且還內(nèi)藏有過電壓,過電流和過熱等故障檢測電路,并可將檢測信號送到CPU.它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門極驅(qū)動電路以及快速保護電路構成。即使發(fā)生負載事故或使用不當,也可以保證IPM自身不受損壞。IPM一般使用IGBT作為功率開關元件,內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動電路的集成結構。IPM以其高可靠性,使用方便贏得越來越大的市場,尤其適合于驅(qū)動電機的變頻器和各種逆變電源,是變頻調(diào)速,冶金機械,電力牽引,伺服驅(qū)動,變頻家電的一種非常理想的電力電子器件。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示從2004年至2010年每年全球開關電源市場銷售額平均保持了15左右的幅度增長,據(jù)預測,2015年中國電源產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達到2156億元,開關電源產(chǎn)值將達到1875億元。2011-2015年年均復合增長13.39！開源電源市場雖然前景誘人,但目前高端市場主要為國際品牌掌握,本土品牌需要在產(chǎn)品細節(jié)設計、質(zhì)量控制、可靠性方面繼續(xù)加強,方能掘金這個大市場。

開關電源和線性電源相比,二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長,但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上,反而高于開關電源。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新,使得開關電源技術在不斷地創(chuàng)新,這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動,這為開關電源提供了廣泛的發(fā)展空間。

開關電源高頻化是其發(fā)展的方向,高頻化使開關電源小型化,并使開關電源進入更廣泛的應用領域,特別是在高新技術領域的應用,推動了高新技術產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用在安防監(jiān)控,節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。

工作模式

顧名思義,開關電源就是利用電子開關器件（如晶體管、場效應管、可控硅閘流管等）,

通過控制電路,使電子開關器件不停地“接通”和“關斷”,讓電子開關器件對輸入電壓進行脈沖調(diào)制,從而實現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換,以及輸出電壓可調(diào)和自動穩(wěn)壓。

開關電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式,頻率固定、脈沖寬度可變模式,頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源,或DC/DC電壓變換；后兩種工作模式多用于開關穩(wěn)壓電源。另外,開關電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣,前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源,或DC/DC電壓變換；后兩種工作方式多用于開關穩(wěn)壓電源。

根據(jù)開關器件在電路中連接的方式,目前比較廣泛使用的開關電源,大體上可分為：串聯(lián)式開關電源、并聯(lián)式開關電源、變壓器式開關電源等三大類。其中,變壓器式開關電源（后面簡稱變壓器開關電源）還可以進一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種；根據(jù)變壓器的激勵和輸出電壓的相位,又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種；如果從用途上來分,還可以分成更多種類。

輸出計算

因開關電源工作效率高,一般可達到80%以上,故在其輸出電流的選擇上,應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流,以使被選用的開關電源具有高的性能價格比,通常輸出計算公式為：

Is=KIf

式中：Is—開關電源的額定輸出電流；

If—用電設備的最大吸收電流；

K—裕量系數(shù),一般取1.5～1.8；

接地

開關電源比線性電源會產(chǎn)生更多的干擾,對共模干擾敏感的用電設備,應采取接地和屏蔽措施,按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制,開關電源均采取EMC電磁兼容措施,因此開關電源一般應帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術的HA系列開關電源,將其FG端子接大地或接用戶機殼,方能滿足上述電磁兼容的要求。

保護電路

開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能,故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊,并且其保護電路的技術參數(shù)應與用電設備的工作特性相匹配,以避免損壞用電設備或開關電源。

接線方法

L：接220v交流火線

N：接220v交流零線

FG：接大地

G：直流輸出的地

+5v：輸出+5V點的端口

ADJ：是在一定范圍內(nèi)調(diào)輸出電壓的,開關電源上輸出的額定電壓本來出廠時是固定的,也就是標稱額定輸出電壓,設置此電位器可以讓用戶根據(jù)實際使用情況在一個較小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓,一般情況下是不需要調(diào)整它的。

維修步驟

1、修理開關電源時,首先用萬用表檢測各功率部件是否擊穿短路,

如電源整流橋堆,開關管,高頻大功率整流管；抑制浪涌電流的大功率電阻是否燒斷。再檢測各輸出電壓端口電阻是否異常,上述部件如有損壞則需更換。

2、第一步完成后,接通電源后還不能正常工作,接著要檢測功率因數(shù)模塊（PFC）和脈寬調(diào)制組件（PWM）,查閱相關資料,熟悉PFC和PWM模塊每個腳的功能及其模塊正常工作的必備條件。

3、然后,對于具有PFC電路的電源則需測量濾波電容兩端電壓是否為380VDC左右,如有380VDC左右電壓,說明PFC模塊工作正常,接著檢測PWM組件的工作狀態(tài),測量其電源輸入端VC ,參考電壓輸出端VR ,啟動控制Vstart/Vcontrol端電壓是否正常,利用220VAC/220VAC隔離變壓器給開關電源供電,用示波器觀測PWM模塊CT端對地的波形是否為線性良好的鋸齒波或三角形,如TL494 CT端為鋸齒波,FA5310其CT端為三角波。輸出端V0的波形是否為有序的窄脈沖信號。

4、在開關電源維修實踐中,有許多開關電源采用UC38××系列8腳PWM組件,

大多數(shù)電源不能工作都是因為電源啟動電阻損壞,或芯片性能下降。當R斷路后無VC,PWM組件無法工作,需更換與原來功率阻值相同的電阻。當PWM組件啟動電流增加后,可減小R值到PWM組件能正常工作為止。在修一臺GE DR電源時,PWM模塊為UC3843,檢測未發(fā)現(xiàn)其他異常,在R（220K）上并接一個220K的電阻后,PWM組件工作,輸出電壓均正常。有時候由于外圍電路故障,致使VR端5V電壓為0V,PWM組件也不工作,在修柯達8900相機電源時,遇到此情況,把與VR端相連的外電路斷開,VR從0V變?yōu)?V,PWM組件正常工作,輸出電壓均正常。

5、當濾波電容上無380VDC左右電壓時,說明PFC電路沒有正常工作,

PFC模塊關鍵檢測腳為電源輸入腳VC,啟動腳Vstart/control,CT和RT腳及V0腳。修理一臺富士3000相機時,測試一板上濾波電容上無380VDC電壓。VC,Vstart/control,CT和RT波形以及V0波形均正常,測量場效應功率開關管G極無V0 波形,由于FA5331（PFC）為貼片元件,機器用久后出現(xiàn)V0端與板之間虛焊,V0信號沒有送到場效應管G極。將V0端與板上焊點焊好,用萬用表測量濾波電容有380VDC電壓。當Vstart/control 端為低電平時,PFC亦不能工作,則要檢測其端點與外圍相連的有關電路。

總之,開關電源電路有易有難,功率有大有小,輸出電壓多種多樣。只要抓住其核心的東西,即充分熟悉開關電源的基本結構以及PFC及PWM模塊的特性,它們工作的基本條件,按照上述步驟和方法,多動手進行開關電源的維修,就能迅速地排除開關電源故障,達到事半功倍的效果。

維修技巧

開關電源的維修可分為兩步進行：

斷電情況下,“看、聞、問、量”

看：打開電源的外殼,檢查保險絲是否熔斷,再觀察電源的內(nèi)部情況,如果發(fā)現(xiàn)電源的PCB板上有燒焦處或元件破裂,則應重點檢查此處元件及相關電路元件。資產(chǎn)管理

聞：聞一下電源內(nèi)部是否有糊味,檢查是否有燒焦的元器件。

問：問一下電源損壞的經(jīng)過,是否對電源進行違規(guī)操作。

量：沒通電前,用萬用表量一下高壓電容兩端的電壓先。如果是開關電源不起振或開關管開路引起的故障,則大多數(shù)情況下,高壓濾波電容兩端的電壓未泄放悼,此電壓有300多伏,需小心。用萬用表測量AC電源線兩端的正反向電阻及電容器充電情況,電阻值不應過低,否則電源內(nèi)部可能存在短路。電容器應能充放電。脫開負載,分別測量各組輸出端的對地電阻,正常時,表針應有電容器充放電擺動,最后指示的應為該路的泄放電阻的阻值。

加電檢測

通電后觀察電源是否有燒保險及個別元件冒煙等現(xiàn)象,若有要及時切斷供電進行檢修。

測量高壓濾波電容兩端有無300伏輸出,若無應重點查整流二極管、濾波電容等。

測量高頻變壓器次級線圈有無輸出,若無應重點查開關管是否損壞,是否起振,保護電路是否動作等,若有則應重點檢查各輸出側(cè)的整流二極管、濾波電容、三通穩(wěn)壓管等。

如果電源啟動一下就停止,則該電源處于保護狀態(tài)下,可直接測量PWM芯片保護輸入腳的電壓,如果電壓超出規(guī)定值,則說明電源處于保護狀態(tài)下,應重點檢查產(chǎn)生保護的原因。

注意事項

一、選擇開關電源時應注意事項

1、選用合適的輸入電壓規(guī)格；

2、選擇合適的功率。為了使電源的壽命增長,可選用多30%輸出功率額定的機種。

3、考慮負載特性。如果負載是馬達、燈泡或電容性負載,當開機瞬間時電流較大,應選用合適電源以免過載。如果負載是馬達時應考慮停機時電壓倒灌。

4、此外尚需考慮電源的工作環(huán)境溫度,及有無額外的輔助散熱設備,在過高的環(huán)溫電源需減額輸出。環(huán)溫對輸出功率的減額曲線。

5、根據(jù)應用所需選擇各項功能：

保護功能：過電壓保護（OVP）、過溫度保護（OTP）、過負載保護（OLP）等。

應用功能：信號功能（供電正常、供電失效）、遙控功能、遙測功能、并聯(lián)功能等。

特殊功能：功因矯正（PFC）、不斷電（UPS）

6、選擇所需符合的安規(guī)及電磁兼容（EMC）認證。

二、使用開關電源之注意事項

1、使用電源前,先確定輸入輸出電壓規(guī)格與所用電源的標稱值是否相符；

2、通電之前,檢查輸入輸出的引線是否連接正確,以免損壞用戶設備；

3、檢查安裝是否牢固,安裝螺絲與電源板器件有無接觸,測量外殼與輸入、輸出的絕緣電阻,以免觸電；

4、為保證使用的安全性和減少干擾,請確保接地端可靠接地；

5、多路輸出的電源一般分主、輔輸出,主輸出特性優(yōu)于輔輸出,一般情況下輸出電流大的為主輸出。為保證輸出負載調(diào)整率和輸出動態(tài)等指標,一般要求每路至少帶10%的負載。若用輔路不用主路,主路一定加適當?shù)募儇撦d。具體參見相應型號的規(guī)格書；

6、請注意:電源頻繁開關將會影響其壽命；

7、工作環(huán)境及帶載程度也會影響其壽命。

常見故障

保險絲熔斷

一般情況下,保險絲熔斷說明電源的內(nèi)部線路有問題。由于電源工作在高電壓、大電流的狀態(tài)下,電網(wǎng)電壓的波動、浪涌都會引起電源內(nèi)電流瞬間增大而使保險絲熔斷。重點應檢查電源輸入端的整流二極管,高壓濾波電解電容,逆變功率開關管等,檢查一下這此元器件有無擊穿、開路、損壞等。如果確實是保險絲熔斷,應該首先查看電路板上的各個元件,看這些元件的外表有沒有被燒糊,有沒有電解液溢出,如果沒有發(fā)現(xiàn)上述情況,則用萬用表測量開關管有無擊穿短路。需要特別注意的是：切不可在查出某元件損壞時,更換后直接開機,這樣很有可能由于其它高壓元件仍有故障又將更換的元件損壞,一定要對上述電路的所有高壓元件進行全面檢查測量后,才能徹底排除保險絲熔斷的故障。

無直流電壓輸出或電壓輸出不穩(wěn)定

如果保險絲是完好的,在有負載情況下,各級直流電壓無輸出。這種情況主要是以下原因造成的：電源中出現(xiàn)開路、短路現(xiàn)象,過壓、過流保護電路出現(xiàn)故障,輔助電源故障,振蕩電路沒有工作,電源負載過重,高頻整流濾波電路中整流二極管被擊穿,濾波電容漏電等。在用萬用表測量次級元件,排除了高頻整流二極管擊穿、負載短路的情況后,如果這時輸出為零,則可以肯定是電源的控制電路出了故障。若有部分電壓輸出說明前級電路工作正常,故障出在高頻整流濾波電路中。高頻濾波電路主要由整流二極管及低壓濾波電容組成直流電壓輸出,其中整流二極管擊穿會使該電路無電壓輸出,濾波電容漏電會造成輸出電壓不穩(wěn)等故障。用萬用表靜態(tài)測量對應元件即可檢查出其損壞的元件。

電源負載能力差

電源負載能力差是一個常見的故障,一般都是出現(xiàn)在老式或工作時間長的電源中,主要原因是各元器件老化,開關管的工作不穩(wěn)定,沒有及時進行散熱等。應重點檢查穩(wěn)壓二極管是否發(fā)熱漏電,整流二極管損壞、高壓濾波電容損壞等。