开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压及电流的一种电源。根据国际知名调查机构DATABEANS统计数据,从2004年至2010年每年全球开关电源市场销售额平均保持了15%左右的幅度增长,到2010年约为120亿美元的销售额。




我国开关电源行业起步于1970年代末期,目前已成为开关电源最主要的生产国和消费国。根据《UPS应用》杂志的相关统计数据,2003年以来,中国电源市场始终总体保持稳定发展态势。2008年中国电源产品产量3163万台,同比增长5.7%,销售额为165.67亿元,同比增长6.2%。随着科学技术的不断进步,目前开关电源也进入到一个全新的发展阶段。高频化﹑数字化﹑软开关等技术也将会成为未来开关电源的发展趋势。




1、数字化技术




在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作。目前,在整个的电子模拟电路系统中,电视、音响设备、照片处理、通讯、网络等都逐步实现了数字化,而最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来,数字电源的研究势头不减,成果也越来越多。在电源数字化方面走在前面的公司主要有TI和Microchip。




2、高频化技术




随着开关频率的提高,开关变换器的体积也随之减少,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善。小功率DC/DC变换器的开关频率将上升到MHz。但随着开关频率的不断提高,开关元件和无源元件损耗的增加、高频寄生参数以及高频EMI等新的问题也将随之产生。




3、软开关技术




为提高变换器的变换效率,各种软开关技术应用而生,具有代表性的是无源软开关技术和有源软开关技术,主要包括零电压开关/零电流开关(ZVS/ZCS)谐振、准谐振、零电压/零电流脉宽调制技术(ZVS/ZCS-PWM)以及零电压过渡/零电流过渡脉宽调制(ZVT/ZCT-PWM)技术等。采用软开关技术可以有效地降低开关损耗和开关应力,有助于变换器变换效率的提高。




4、模块化技术




模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。




近年来,有些公司把开关电源的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流、毛刺)。




为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,这样的模块经过严格合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。


由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。




5、功率因数校正技术(PFC)




由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容,在正弦电压输入时,单相整流电源供电的电子设备,电网侧(交流输入端)功率因数仅为0.6~0.65。采用PFC(功率因数校正)变换器,网侧功率因数可提高到0.95~0.99,输入电流THD小于20%。既治理了电网的谐波污染,又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相,APFC国内外开发较早,技术已较成熟。




目前PFC技术主要分为有源PFC技术和无源PFC技术两大类,采用PFC技术可以提高AC/DC变化器输入端功率因数,减少对电网的谐波污染,但还有待继续研究发展。


 
   
 

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