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开关电源简介

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。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，主要应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

开关电源基本组成

开关电源大至由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。

1、主电路

冲击电流限幅：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。输入滤波器：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

2、控制电路

一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。

3、检测电路

提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。

4、辅助电源

实现电源的软件（远程）启动，为保护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供电。

开关电源的发展分析

开关电源最早起源于上世纪 50 年代初，美国宇航局以小型化、轻量化、为目标，为搭载火箭开发了开关电源。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、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。

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、家电领域得到了广泛的应用， 开关电源技术进入快速发展时期。

21 世纪开关电源的技术追求和发展趋势可以概括为以下四个方面 ：

1、小型化、薄型化、轻量化、高频化。开关电源的体积、重量主要是由储能 元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化，实质上就是尽可能地 减小其中储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小 电容、电感及电压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能，因此， 高频化是开关电源的主要发展方向。

2、高可靠性。开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了 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。所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度，这 样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路， 提高了平均无故障时间。

3、低噪声。开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会随 之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声， 所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。

4、采用计算机辅助设计和控制。采用CAA 和CDD 技术设计最新变换拓扑和最 佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制， 可构成多功能监控系统，可以实时监测、记录并自动报警等。

使开关电源小型化的具体办法有：

一是高频化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各在开关电源制造商都致力同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对联高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。

二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的"电压-振动"变换和"振动-电压"变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。

三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量，必须设法改进电容器的性能，提高能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。

除此之外，模块化是开关电源发展的总体趋势，可以用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N 1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化，其噪声也必将随着增大，而用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，使得多项技术得以实用化。电力电子技术的不断创新，开关电源产业有着广阔的发展前景。

2012年度自动化行业最具影响力开关电源入围品牌产品介绍

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