開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（pwm）控制ic和mosfet構(gòu)成。開關(guān)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(guān)電源，這一點稱為成本反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(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(guān)電源了廣闊的發(fā)展空間。

　　開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(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。

　　開關(guān)電源中應(yīng)用的電力電子器件主要為二極管、igbt和mosfet。

scr在開關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動電路中有少量應(yīng)用，gtr驅(qū)動困難，開關(guān)頻率低，逐漸被igbt和mosfet取代。

　　開關(guān)電源的三個條件

　　1、開關(guān)：電力電子器件工作在開關(guān)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(guān)電源輸出的是直流而不是交流

　　開關(guān)電源的分類

　　人們在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進推動著開關(guān)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(guān)電源可分為ac/dc和dc/dc兩大類，dc/dc變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)及工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認可，但ac/dc的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。

　　2.1 dc/dc變換

　　dc/dc變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式ts不變，改變ton(通用)，二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變ts（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類：

　?。?）buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓

　　u0小于輸入電壓ui，極性相同。

　?。?）boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓

　　u0大于輸入電壓ui，極性相同。

　?。?）buck－boost電路——降壓或升壓斬波器，其

　　輸出平均電壓u0大于或小于輸入電壓ui，極性相反，電感傳輸。

　?。?）cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電

　　壓u0大于或小于輸入電壓ui，極性相反，電容傳輸。

　　還有sepic、zeta電路。

　　上述為非隔離型電路，隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。

　　當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得dc/dc發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國vicor公司設(shè)計制造的多種eci軟開關(guān)dc/dc變換器，其最大輸出功率有300w、600w、800w等，相應(yīng)的功率密度為(6.2、10、17)w/cm3，效率為（80～90）％。日本nemiclambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊rm系列，其開關(guān)頻率為（200～300)khz，功率密度已達到27w/cm3，采用同步整流器（mosfet代替肖特基二極管），使整個電路效率提高到90％。

　　2.2ac/dc變換

　　ac/dc變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。ac/dc變換器輸入為50/60hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如ul、ccee等）及emc指令的限制（如iec、、fcc、csa），交流輸入側(cè)必須加emc濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制ac/dc電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決emc電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作損耗增大，限制了ac/dc變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

　　ac/dc變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

　　開關(guān)電源的選用

　　開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點（多級串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(0.5～1）％。開關(guān)電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應(yīng)注意以下幾點：

　　3.1輸出電流的選擇

　　因開關(guān)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(yīng)準(zhǔn)確測量或計算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能比，通常輸出計算公式為：

　　is=kif

　　式中：is—開關(guān)電源的額定輸出電流；

　　if—用電設(shè)備的最大吸收電流；

　　k—裕量系數(shù)，一般取1.5～1.8；

　　3.2接地

　　開關(guān)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(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，按ice1000、en61000、fcc等emc限制，開關(guān)電源均采取emc電磁兼容措施，因此開關(guān)電源一般應(yīng)帶有emc電磁兼容濾波器。如利德華福技術(shù)的ha系列開關(guān)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。

　　3.3保護電路

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

　　開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動向

　　開關(guān)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(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)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（mnzn)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(guān)鍵技術(shù)。smt技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)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(guān)電源的輕、小、薄。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的pwm開關(guān)技術(shù)進行創(chuàng)新，實現(xiàn)zvs、zcs的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對于高可靠性指標(biāo)，美國的開關(guān)電源商通過降低運行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。

　　模塊化是開關(guān)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(shè)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(guān)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(shù)，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(shù)的實際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展的工作，以使得該項技術(shù)得以實用化。

　　電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國特色的產(chǎn)學(xué)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。

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　　開關(guān)電源 測試方法

　　一． 耐電壓

　　（hi.pot,electric strength ,dielectric voltage withstand）kv

　　1.1 定義:于指定的端子間,例如:i/p-o/p,i/p-fg,o/p-fg間,可耐交流之有效值,漏電流一般可容許10毫安,時間1分鐘。

　　1.2 測試條件：ta：25℃；rh：室內(nèi)濕度。

　　1.3 測試回路：

　　1.4 說明：

　　1．4．1 耐壓測試主要為防止電氣破壞，經(jīng)由輸入串入之高壓，影響使用者安全。

　　1．4．2 測試時電壓必須由0v開始調(diào)升，并于1分鐘內(nèi)調(diào)至最高點。

　　1．4．2 放電時必須注意測試器之timer設(shè)定，于off前將電壓調(diào)回 0v。

　　1．4．3安規(guī)認證測試時，變壓器需另行加測，室內(nèi) ，溫度25℃，rh：95℃，48hr，后測試變壓器初/次級與初級/core。

　　1．4．5線測試時間為1秒鐘。

　　二．紋波噪聲（漣波雜訊電壓）

　?。╮ipple & noise）%，mv

　　2．1定義：

　　直流輸出電壓上重疊之交流電壓成份最大值(p-p)或有效值。

　　2．2測試條件:

　　i/p: nominal

　　o/p : full load

　　ta : 25℃

　　2．3測試回路:

　　2．4測試波形:

　　2．5說明:

　　2．5．1示波器之gnd線愈短愈好,測試線得遠離pus。

　　2．5．2使用1：1之probe。

　　2．5．3 scope之bw一般設(shè)定于20mhz，但是對于目前的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品測試紋波噪聲最好將bw設(shè)為最大。

　　2．5．4 noise與使用儀器，環(huán)境差異極大，因此測試必須表明測試地點。

　　2．5．5測試紋波噪聲以不超過原規(guī)格值 +1%vo。

　　三．漏電流（洩漏電流）

　?。╨eakage current）ma

　　3．1定義：

　　輸入一機殼間流通之電流（機殼必須為接大地時）。

　　3．2測試條件：

　　i/p：vin max.×1.06(tuv)/60hz

　　vin max.(ul1012)/60hz

　　o/p: no load/full load

　　ta: 25 ℃

　　3.3測試回路：

　　3．4說明：

　　3．4．1 l，n均需測。

　　3．4．2ul1012 r值為1k5。

　　tuv r值為2k/0。15uf。

　　3．4．3漏電流規(guī)格tuv：3。5ma,ul1012:5ma。

　　四．溫度測試

　?。╰emperature test）

　　4.1定義：

　　溫度測試指psu于正常工作下，其零件或case溫度不得超出其材質(zhì)規(guī)

　　格或規(guī)格定值。

　　4．2測試條件：

　　i/p: nominal

　　o/p: full load

　　ta : 25℃

　　4．3測試方法：

　　4．3．1將thermo coupler(type k)穩(wěn)固的固定于量測的物體上

　　（速干、tape或焊接方式）。

　　4．3．2 thermo coupler于末端絞三圈后焊成一球狀測試。

　　4．3．3我們一般用點溫計測量。

　　4．4測試零件：

　　熱源及易受熱源影響部分

　　例如：輸入端子、fuse、輸入電容、輸入電感、濾波電容、橋整、熱

　　敏、突波吸收器、輸出電容、輸出電容、輸出電感、變壓器、鐵芯、

　　繞線、散熱片、大功率半導(dǎo)體、case、熱源零件下之p.c.b.……。

　　4．5零件溫度限制：

　　4．5．1零件上有標(biāo)示溫度者，以標(biāo)示之溫度為基準(zhǔn)。

　　4．5．2其他未標(biāo)示溫度之零件，溫度不超過p.c.b.之耐溫。

　　4．5．3電感顯示個別申請安規(guī)者，溫升限制65℃max(ul1012),75℃

　　max(tuv)。

　　五．輸入電壓調(diào)節(jié)率

　　（line regulation）, %

　　5．1定義：

　　輸入電壓在額定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓之變化率。

　　vmax-vnor

　　line regulation(+)=------------------

　　vnor

　　vnor-vmin

　　line regulation(-)=------------------

　　vnor

　　vmax-vmin

　　line regulation=----------------

　　vnor

　　vnor:輸入電壓為常態(tài)值，輸出為滿載時之輸出電壓。

　　vmax:輸入電壓變化時之最高輸出電壓。

　　vmin:輸入電壓變化時之最低輸出電壓。

　　5．2測試條件：

　　i/p：min./nominal/max

　　o/p:full load

　　ta:25℃

　　5.3測試回路：

　　5．4說明：

　　line regulation 亦可直接vmax-vnor與vmin-vnor之±最大

　　值以mv表示，再配合tolerance%表示。

　　六．負載調(diào)節(jié)率

　?。╨oad regulation）%

　　5．1定義：

　　輸出電流于額定范圍內(nèi)變化（靜態(tài)）時，輸出電壓之變化率。

　　|vminl-vcent|

　　line regulation(+)=------------------×100%

　　vcent

　　|vcent-vfl|

　　line regulation(-)=------------------×100%

　　vcent

　　|vminl-vfl|

　　line regulation(%)=----------------×100%

　　vcent

　　vmill:最小負載時之輸出電壓

　　vfl:滿載時之輸出電壓

　　vcent:半載時之輸出電壓

　　6．2測試條件：

　　i/p：nominal

　　o/p:min./half/full load

　　ta:25℃

　　6.3測試回路：

　　6．4load regulation亦可直接vmin.l-vcent與vcent-vmax.之±最大

　　值以mv表示，再配合tolerance%表示。

開關(guān)電源

　　隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)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(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（pwm）控制ic和mosfet構(gòu)成。開關(guān)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(guān)電源，這一成本反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)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(guān)電源了廣泛的發(fā)展空間。

　　開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(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。

[編輯本段]

提高開關(guān)電源待機效率的方法

（一）切斷啟動電阻

　　對于反激式電源，啟動后控制芯片由輔助繞組供電，啟動電阻上壓降為300v左右。設(shè)啟動電阻取值為47kω，消耗功率將近2w。要改善待機效率，必須在啟動后將該電阻通道切斷。topswitch，ice2ds02g內(nèi)部設(shè)有專門的啟動電路，可在啟動后關(guān)閉該電阻。若控制器沒有專門啟動電路，也可在啟動電阻串接電容，其啟動后的損耗可逐漸下降至零。缺點是電源不能自重啟，只有斷開輸入電壓，使電容放電后才能再次啟動電路。

（二）降低時鐘頻率

　　時鐘頻率可平滑下降或突降。平滑下降就是當(dāng)反饋量超過某一閾值，通過特定模塊，實現(xiàn)時鐘頻率的線性下降。

（三）切換工作模式

　　1．qr→pwm對于工作在高頻工作模式的開關(guān)電源，在待機時切換至低頻工作模式可減小待機損耗。例如，對于準(zhǔn)諧振式開關(guān)電源（工作頻率為幾百khz到幾mhz），可在待機時切換至低頻的脈寬調(diào)制控制模式pwm（幾十khz）。

　　iris40xx芯片就是通過qr與pwm切換來提高待機效率的。當(dāng)電源處于輕載和待機時候，輔助繞組電壓較小，q1關(guān)斷，諧振信號不能傳輸至fb端，fb電壓小于芯片內(nèi)部的一個門限電壓，不能觸發(fā)準(zhǔn)諧振模式，電路則工作在更低頻的脈寬調(diào)制控制模式。

　　2．pwm→pfm

　　對于額定功率時工作在pwm模式的開關(guān)電源，也可以通過切換至pfm模式提高待機效率，即固定開通時間，調(diào)節(jié)關(guān)斷時間，負載越低，關(guān)斷時間越長，工作頻率也越低。將待機信號加在其pw/引腳上，在額定負載條件下，該引腳為高電平，電路工作在pwm模式，當(dāng)負載低于某個閾值時，該引腳被拉為低電平，電路工作在pfm模式。實現(xiàn)pwm和pfm的切換，也就提高了輕載和待機狀態(tài)時的電源效率。

　　通過降低時鐘頻率和切換工作模式實現(xiàn)降低待機工作頻率，提高待機效率，可保持控制器一直在運作，在整個負載范圍中，輸出都能被妥善的調(diào)節(jié)。即使負載從零激增至滿負載的情況下，能夠快速反應(yīng)，反之亦然。輸出電壓降和過沖值都保持在允許范圍內(nèi)。

（四）可控脈沖模式（burstmode）

　　可控脈沖模式，也可稱為跳周期控制模式（skipcyclemode）是指當(dāng)處于輕載或待機條件時，由周期比pwm控制器時鐘周期大的信號控制電路某一環(huán)節(jié)，使得pwm的輸出脈沖周期性的有效或失效，這樣即可實現(xiàn)恒定頻率下通過減小開關(guān)次數(shù)，增大占空比來提高輕載和待機的效率。該信號可以加在反饋通道，pwm信號輸出通道，pwm芯片的使能引腳（如lm2618，l6565）或者是芯片內(nèi)部模塊（如ncp1200，fsd200，l6565和tinyswitch系列芯片）。

開關(guān)電源用途

　　開關(guān)電源^[1]產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、led照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱等領(lǐng)域。

[編輯本段]

開關(guān)電源[2]的發(fā)展和趨勢

　　1955年美國羅耶（gh.roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端，1957年美國查賽（jen sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，１９６４年美國科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到了１９６９年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時間的縮短等元器件改善，終于做成了２５千赫的開關(guān)電源。

　　目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用于以電子計算機為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的１００khz、用ｍｏｓ－ｆｅｔ制成的５００khz電源，雖已實用化，但其頻率有待進一步提高。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會影響周圍電子設(shè)備，還會大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用r-c或l-c緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過，對1mhz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。目前對這種開關(guān)電源的研究很活躍，因為采用這種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國家都在致力于數(shù)兆hz的變換器的實用化研究。