开关电源概述【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电气工程及自动化开关电源概述摘要：开关电源被誉为高效，节能型电源，它代表着稳压电源的发展方向。它具有效率高、体积小、重量轻等特点，应用越来越广泛。本文对近年来国内外开关电源的发展和现在应用上的主要类型以及它的构成与原理进行了概述，并且对其在发展中遇到的困难和将来要解决的问题和未来的发展方向进行了简要分析。关键词：开关电源；构成与原理；发展方向一、引言将近50年前美国的科学家罗耶首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的晶体管直流变化器不断地被研制和涌现出来，并且被广泛应用于航天及军事电子设备上。

2、70年代以后，与这种技术有关的高频、高反压的功率晶体管，高频电容，开关二极管，开关变压器铁芯等元器件也不断被研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域中，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源中的佼佼者[1]。我国的晶体管直流变换器及开关稳压电源研制工作开始于60年代初期，到60年代中期进入了实用阶段，70年代初期开始研制无工频降压变压器开关稳压电源。由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发展，导致我们自己研制和生产出的无工频变压器开关电源中的开关管大部分采用的仍是进口的晶体管。所以

3、我国的开关稳压电源事业要发展，要赶超世界先进水平，最根本的是要提高我国的半导体技术和工艺[2]。随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。取而代之的是小型化、重量轻、效率高的隔离式开关电源。隔离式开关电源的核心是一种高频电源变换电路。它使交流电源高效率地产生一路或多路经调整的稳定直流电压。-4-隔离式开关电源的变换器具有多种形式。主要分为半桥式、全桥式、推挽式、单端反激式、单端正激式等等。在设计电源时，设计者采取那种变换器电路形式

4、，主要根据成本、要达到的性能指标等因素来决定。各种形式的电源电路的基本功能块是相同的，只是完成这些功能的技术手段有所不同。隔离式高频开关电源电路的共同特点就是具有高频变压器，直流稳压是从变压器次级绕组约脉冲电压整流滤波而来。二、开关电源的构成与原理开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源的基本构成如下，DC/DC变换器是进行成功率变换，它是开关电源的核心部分，此外，还有启动电路，过流与过压保护电路、噪声滤波器等组成部分。反馈回路检测其输出电压，并与基准电压比较，其误差电压通过误差放大器进行放大

5、，控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间比，从而调整输出电压的大小[3]。DC/DC变换器有多种电路方式，但常用的有工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为正弦波的谐振型变换器。开关电源原理如图1所示：开关S以一定的时间重复通/断，在开关S接通时，输入电源V1供给负载RL功率；开关S断开时输入电源停止向负载供电。因此，输入电源间断向负载供电，为使负载能连续得到能量，开关电源中皆有储能元件，电感L就是储能元件。在开关S接通时，电感L中存储一部分能量，而在开关S断开时，电感L中存储能量通过二极管VD释放给负载，而负载就得到连续的能量供给[4]。

6、目前，开关电源的主流是TRC（改变接通时间TON和工作周期比例）控制变换型开关电源，最盛行的是PWM（脉冲宽度调制）控制方式[5]。图1　开关电源原理图开关电源占空比是变化的，但不是根据输出电压和输入电压变化的。开关电源芯片和线性稳压芯片一样，都是根据反馈来稳定输出的。芯片的DATASHEET上会有计算输出电压公式，只要根据公式得到分压电阻值就可以，不必考虑内部是如何调整占空比的。需要注意的是，占空比的范围。不是所有的芯片都能达到100%，大多数只能达到90%多，甚至更低[6]。所以需要根据输入电压的范围和输出电压，计算出需要的占空比是不是在芯片工作范围内。-

7、4-三、总结随着半导体技术和微电子技术的高速发展，是的电子设备的体积在不断缩小，重量在不断减轻，所以从事这方面研究的人们正致力于研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者通过别的途径来取代开关变压器，使之能够满足电子仪器和设备微小型化的需要。这是从事开关稳压电源研制的科技人员目前正在克服的第一个困难[8]。开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的，并且开关稳压电源中由于采用了开关变压器以后，才能使之由一组输入得到极性、大小各不相同的多组输出。要进一步提高开关稳压电源的效率，就必须提高电源的工作频率[9]。但是，当频率提高以后，对整个电路中的元器件

8、又有了新的要求。进一步研制适应高频率工