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PCB布线抗干扰开关电源的分类及应用.doc

PCB布线抗干扰开关电源的分类及应用

风的记忆
2018-09-06 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《PCB布线抗干扰开关电源的分类及应用doc》,可适用于工程科技领域

开关电源的分类及应用引言随着电力电子技术的告诉发展电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切而电子设备都离不开可靠的电源进入年代计算机电源全面实现了开关电源化率先完成计算机的电源换代进入年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源更促进了开关电源技术的迅速发展。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。开关电源和线性电源相比二者的成本都随着输出功率的增加而增长但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上反而高于开关电源这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新使得开关电源技术在不断地创新这一成本反转点日益向低输出电力端移动这为开关电源提供了广泛的发展空间。   开关电源高频化是其发展的方向高频化使开关电源小型化并使开关电源进入更广泛的应用领域特别是在高新技术领域的应用推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。   开关电源的分类     人们的开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件边开发开关变频技术两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为ACDC和DCDC两大类DCDC变换器现已实现模块化且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化并已得到用户的认可但ACDC的模块化因其自身的特性使得在模块化的进程中遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。    DCDC变换   DCDC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种一是脉宽调制方式Ts不变改变ton(通用)二是频率调制方式ton不变改变Ts(易产生干扰)。其具体的电路有以下几类:   () Buck电路降压斩波器其输出平均电压Uo小于输入电压Ui极性相同。   () Boost电路升压斩波器其输出平均电压Uo大于输入电压Ui极性相同。   () BuckBoost电路降压或升压斩波器其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui极性相反电感传输。   () Cuk电路降压或升压斩波器其输出平均电压Uo 大于或小于输入电压UI,   极性相反电容传输。   当今软开关技术使得DCDC发生了质的飞跃美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DCDC变换器其最大输出功率有W、W、W等相应的功率密度为(、、、)Wcm效率为()。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列其开关频率为(~)kHz功率密度已达到 Wcm采用同步整流器(MOSFET代替肖特基二极管)使整个电路效率提高到。    ACDC变换   ACDC变换是将交流变换为直流其功率流向可以是双向的功率流由电源流向负载的称为“整流”功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。ACDC变换器输入为Hz的交流电因必须经整流、滤波因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的同时因遇到安全标准(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA)交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件这样就限制ACDC电源体积的小型化另外由于内部的高频、高压、大电流开关动作使得解决EMC电磁兼容问题难度加大也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求由于同样的原因高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大限制了ACDC变换器模块化的进程因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。   ACDC变换按电路的接线方式可分为半波电路、全波电路。按电源相数可分为单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。   开关电源的选用   开关电源在输入抗干扰性能上由于其自身电路结构的特点(多级串联)一般的输入干扰如浪涌电压很难通过在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较大的优势其输出电压稳定度可达(~)。开关电源模块作为一种电力电子集成器件在选用中应注意以下几点:   输出电流的选择   因开关电源工作效率高一般可达到以上故在其输出电流的选择上应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流以使被选用的开关电源具有高的性能价格比通常输出计算公式为:   Is=KIf   式中:Is开关电源的额定输出电流If用电设备的最大吸收电流 K裕量系数一般取~      接地   开关电源比线性电源会产生更多的干扰对共模干扰敏感的用电设备应采取接地和屏蔽措施按ICE.EN.FCC等EMC限制形状开关电源均采取EMC电磁兼容措施因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源将其FG端子接大地或接用户机壳方能满足上述电磁兼容的要求。   保护电路   开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配以避免损坏用电设备或开关电源。   开关电源技术的发展动向   开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化因此国外各大开关电源制造商都致力于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(MnZn)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工作效率。对于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的可靠性大大提高。   模块化是开关电源发展的总体趋势可以采用模块化电源组成分布式电源系统可以设计成N+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采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的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以使得该项技术得以实用化。   电力电子技术的不断创新使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度就必须走技术创新之路走出有中国特色的产学研联合发展之路为我国国民经济的高速发展做出贡献。

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