一．什么是開關(guān)電源

　　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，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)而不是線性
　　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

二．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)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標準化，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：
　　（1）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。
　　（2）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。
　　（3）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。
　　（4）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，因經(jīng)整流、濾波，體積較大的濾波電容器是必不可少的，因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流輸入側(cè)加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，，內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得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，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，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。

什么是開關(guān)電源

　三．開關(guān)電源的選用

　　開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，其自身電路結(jié)構(gòu)的特點（多級串聯(lián)），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，可達到80％，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準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)電源具有高的性能價格比，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)，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，開關(guān)電源應(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。

 
四．開關(guān)電源的發(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)備等幾乎的電子設(shè)備，是當今電子信息產(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，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，采用這種方式不大幅度提高開關(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。

　　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)電源提供了廣泛的發(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。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)境都具有重要的意義。

　　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。開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，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，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)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)，在理論上實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，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。

什么是開關(guān)電源

五.提高開關(guān)電源待機效率的方法

　　1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，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。

 　 2 降低時鐘頻率

　　時鐘頻率可平滑下降或突降。平滑下降當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。

　　3 切換工作模式

　　3.1→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芯片通過QR與PWM切換來提高待機效率的。當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，F(xiàn)B電壓小于芯片內(nèi)部的一個門限電壓，不能觸發(fā)準諧振模式，電路則工作在更低頻的脈寬調(diào)制控制模式。
　3.2→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下，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)。
　　3.4 可控脈沖式（BurstMode）
　　可控脈沖模式，也可稱為跳周期控制模式（SkipCycleMode）是指當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）是芯片內(nèi)部模塊（如NCP1200，F(xiàn)SD200，L6565和TinySwitch系列芯片）。

六.關(guān)電源用途

　　開關(guān)電源產(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。

七.開關(guān)電源的維護及保養(yǎng)
 

   1開關(guān)電源不宜采用預(yù)檢預(yù)修維護方法

   
    在早期，國產(chǎn)相控電源元件易老化，可靠性不高，以預(yù)檢預(yù)修方式進行維護有的積極意義。但九十年代的高頻開關(guān)電源采用了新型元器件，其質(zhì)量高、運行穩(wěn)定可靠，并且具有完善的自我保護功能及較高的自動化程度。仍然采用傳統(tǒng)的預(yù)檢預(yù)修維護方式，不但不能發(fā)現(xiàn)隱患，還會反復(fù)拆卸造成人為故障。我們在工作中就曾發(fā)生過拆卸造成損壞的事例。

   
    2應(yīng)定期進行數(shù)據(jù)分析

   
    我們將開關(guān)電源電腦記錄下來的各種信息定期打印出來，可以很方便地了解到電源本身的歷史資料，例如何時發(fā)生過交流中斷、何時進行了電池充放電，以及電源目前的工作等等。通過對這些資料的分析，可發(fā)現(xiàn)的問題，如有必要可及時進行數(shù)據(jù)修改。

   
    3應(yīng)加裝防塵隔離裝置

   
    我們知道，無防塵隔離裝置的機房內(nèi)，機房含塵量較大。開關(guān)電源采用強迫風(fēng)冷方式冷卻的居多，空氣流動勢必將塵土帶入設(shè)備中，而開關(guān)電源不宜經(jīng)常拆卸清理，過量的塵土累積，遇潮濕天氣就會造成漏電短路，導(dǎo)致故障發(fā)生。我單位就曾有一模塊投入運行不到半年就發(fā)生自動停機，經(jīng)技術(shù)人員前來檢查，拆開發(fā)現(xiàn)其內(nèi)塵土厚度已將電子元件埋沒，經(jīng)確認引起故障是塵土短路造成的。近來隨著環(huán)境惡化，灰塵污染已是主要的污染源之一。一塊2000A的模塊價值七、八萬元，一個電源室加裝隔離裝置約需八千元。，無論從經(jīng)濟的角度還是從可靠性的角度來看，加裝防塵隔離裝置都是必要的，有條件的還應(yīng)配裝空調(diào)設(shè)備。

   
    4及時實施集中監(jiān)控

   
    隨著通信設(shè)備的擴容，電源設(shè)備越來越多，其分布點越來越分散，維護的人員越來越多，與減員增效形成矛盾。矛盾的一條重要途徑實施集中監(jiān)控。實施集中監(jiān)控可根據(jù)現(xiàn)有條件逐步進行，不必強求一步到位。實行集中監(jiān)控做到減人增效，又故障的時效性，還能減少備品備件數(shù)量，可謂一舉數(shù)得，是值得大力推廣的。