英文文献及翻译综述

1、开关电源的应用POS机的电源设计1 研究开关电源的意义目前空间技术、计算机、通信、雷达、电视机及家用电器中的电源已经渐渐地被开关电源取代。现在一般应用的串联调整稳压电源，是连续控制的线性稳压电源，这种传统的串联稳压器，调整管总是工作于放大区，流过的电流是连续的，这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差，效率低，一般只有3560。由于调整管上损耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器。开关电源的调整管工作在开关状态，功率损耗小，效率可高达7095，稳压器体积小，重量轻，调整管功率损耗小，散热器也随之减小。此外，开关频率工作在几十千赫，滤波电感、电容可用较小数值的元件。允许的环

2、境温度也可以大大提高。但是，由于调整元件的控制电路比较复杂，输出的纹波电压较高，瞬态响应较差。所以开关电源的应用也受到一定限制。开关稳压电源的优越性主要表现在： （1）功耗小：由于开关管功率损耗小，因而不需要采用大散热器。功耗小使得电子设备内温升也低，周围元件不会因长期工作在高温环境下而损坏，这有利于提高整个电子设备的可靠性和稳定性。（2）稳压范围宽：当开关稳压电源输入的交流电压在150250V范围内变化时，都能达到很好的稳压效果，输出电压的变化在2以下。而且在输入电压发生变化时，始终能保持稳压电路的高效率，因此，开关稳压电源能适用于电网电压波动比较大的地区。（3）体积小、重量轻开关稳压电源可

3、将电网输入的交流电压直接整流，再通过高频变压器获得各种不同交流电压，这样就可免去笨重的工频变压器，从而节省了大量的漆包线和硅钢片，使电源体积缩小、重量减轻。（4）安全可靠：开关稳压电路一般都具有自动保护电路。当稳压电路、高压电路、负载等出现故障或短路时，能自动切断电源，其保护功能灵敏、可靠。开关电源和线性电源是现代电子电源发展的两个主要方面，开关电源以功耗小、效率高、体积小、重量轻的优势几乎席卷了整个电子界，而线性电源则以其固有的稳定性仍占有一席之地。为了顺应现代电子技术设备对多种电压和电流的需求，在满足体积小、重量轻、效率高、抗干扰能力强的同时，还应有更好的可靠性和经济经济性。 开关电源的发

4、展经历了从线性电源、相控电源到开关电源的发展历程，由于开关电源具有功率转换效率高、稳压范围宽、功率密度比大、重量轻等优点，从而取代了相控电源，成为通信电源的主体，并向着高频小型化、高效率、高可靠的方向发展。计算机控制、计算机通信和计算机网络技术的快速发展，为通信电源监控系统的发展和完善提供了外部条件，使其发展逐步实现少人值守，直至无人值守。 2 国内外的研究动态及研究方法2.1 研究动态开关电源技术已经有几十年的历史。早期产品的开关频率很低，成本昂贵，仅用于诸如卫星等尖端电子设备。20世纪六七十年代相继出现的由晶闸管（可控硅）和其它分立元件制作而成的开关电源，均因效率低下、开关频率低、电路复杂

5、、难于调试等因素而难以普及。20世纪70年代后期，随着集成电路设计与制造工艺水平的不断提高，各种质优价廉的开关电源专用集成电路相继出现，而制造开关电源的新材料、新器件成为开关电源普及的主要动力。除了各种集成电路外，一些诸如MOS功率开关管（MOSFET）、肖特基二极管（SBD）、超快恢复二极管（SRD）、瞬态电压抑制管（TVS）、压敏电阻器（VSR）、熔断电阻器（FR）、自恢复保险丝（RF）、线性光耦合器、可调式精密并联稳压器（TL431）、电磁干扰滤波器（EMI Filler）、高导磁率磁性材料、由非晶合金制成的磁珠、三重绝缘线、玻璃珠胶合剂等一系列新器件、新材料，正广泛应用于开关电源，从而

6、使开关电源频率已从20KHz发展到数百KHz甚至数MHz，使开关电源得以广泛的应用。在开关电源轻型化、小型化、高效化的发展历程中，集成电路技术起了决定性的作用。近20年来，集成开关电源是沿着两个方向不断发展的：一个方向是，对开关电源的核心单元控制电路的集成；另一个方面是，对中、小功率开关电源实现单片集成化，单片开关电源实际上是一种AC/DC电源变换器。沿着前一方向，主要经历了两个阶段：第一阶段是，20世纪70年代后期研制成功了PWM控制器集成电路，如美国摩托罗拉公司（Motorala）、SG（Silicom General）公司和尤里特鲁（Unitrode）公司等相继推出的一批PWM控制IC，

7、典型产品有MC3520、SG3524、UC3842等。20世纪90年代以来，又研制成功了开关频率高达1MHz的高速PWM、PFM控制IC，典型产品如UC1825、UC1564等。沿着后一方向，主要经历了两个阶段：第一阶段是，20世纪80年代，SGS汤姆森（SGS-Thomson）公司率先推出的L4960系列单片开关式稳压器，该公司于20世纪90年代又推出了L4970系列。这类单片稳压器的特点是将PWM控制、功率输出级、保护电路等集成到一块芯片中，使用时需要配工频变压器与电网隔离，适于制作5.1V40V低压连续可调式输出、400W以下大中功率、1.5A10A大电流、效率超过90的开关电源。这类芯

8、片本质上仍属于DCDC变换器。第二阶段是，20世纪90年代中后期由美国电源集成（PI,Power Integration）公司开发成功的三端隔离、PWM型反激式单片开关电源，其第一代产品是TOPSwich系列，第二代产品是TOPSwich系列；以及20世纪90年代后期该公司推出的高效率、小功率、低价格的四端单片开关电源Tiny Swich系列，1999年又推出TNY256系列。此后，摩托罗拉公司于1999年推出了称为高压功率开关调节器的MC33370系列五端单片开关电源，2000年PI公司又推出了TOPSwichFX系列五端开关电源。这些单片开关电源充分展示了单片开关电源的优势和广阔应用前景。

9、2.2 研究方法（1）电路拓扑的选择 开关电源一般采用单端正激式、单端反激式、双管正激式、双单端正激式、双正激式、推挽式、半桥、全桥等八种拓扑。单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式的开关管的承压在两倍输入电压以上，如果按60降额使用，则使开关管不易选型。在推挽和全桥拓扑中可能出现单向偏磁饱和，使开关管损坏，而半桥电路因为具有自动抗不平衡能力，所以就不会出现这个问题。双管正激式和半桥电路开关管的承压仅为电源的最大输入电压，即使按60降额使用，选用开关管也比较容易。在高可靠性工程上一般选用这两类电路拓扑。 （2）控制策略的选择 在中小功率的电源中，电流型 PWM 控制是大量采用的方法，它较

10、电压控制型有如下优点：逐周期电流限制，比电压型控制更快，不会因过流而使开关管损坏，大大减小过载与短路的保护；优良的电网电压调整率；迅捷的瞬态响应；环路稳定，易补偿；纹波比电压控制型小得多。生产实践表明电流控制型的50W开关电源的输出纹波在 25mV 左右，远优于电压控制型。硬开关技术因开关损耗的限制，开关频率一般在350kHz 以下，软开关技术是应用谐振原理使开关器件在零电压或零电流状态下通断，实现开关损耗为零，从而可将开关频率提高到兆赫级水平，这种应用软开关技术的变换器综合了 PWM 变换器和谐振变换器两者的优点，接近理想的特性，如低开关损耗、恒频控制、合适的储能元件尺寸、较宽的控制范围及负

11、载范围，但是此项技术主要应用于大功率电源，中小功率电源中仍以PWM 技术为主。3 可能的研究成果3.1 软开关方式软开关方式包括零电流开关方式、零电压开关方式及两者兼用的方法。这两种方式的优点是产品体积小、效率高、噪声小、成本低。作为实现这种软开关方式的手段，有谐振型开关电源技术和部分谐振型开关电源技术，而后者很可能会成为今后开关电源采用的主流技术。3.2 组件化技术所谓组件化技术，就是预先将电源中所需要使用的直流/直流变换器、用于谐波电流抑制的功率因数改善电路、整流平滑电路以及静噪滤波电路等部分分别制成微型或薄型组件，再根据用户需要制作半定制电源，或者根据用户要求，和交流/直流前端电路配合，

12、构成适应大功率输出或多路输出等用途的系统电源。3.3 控制技术在有些开关电源产品，以模拟方式控制输出电压，并以数字方式进行开关，同时稳定控制输出电压。从控制技术角度来说，采用数字技术控制，目的并不仅仅在于稳定输出电压，而在于继续扩展应用范围，以实现节约电力、放宽输入电压范围（适应各国不同的市交流电压）、进行系统对应控制等。3.4 交流适配器便携式电子设备的兴起，使得交流适配器的市场越来越大。以住的交流适配器采用降压电路，体积大而且笨重，目前已有采用开关方式的小型交流适配器上市。参考文献1常敏慧、申功迈、何希才.开关电源应用、设计与维修.北京：科学技术文献出版社，2000.3 172何希才.新型开关电源设计与应用.北京：科学出版社，2001.2 56803黄燕.开关电源故障检修方法.北京：国防工业出版社，2004.1 41434范小忠.开关电源设备故障案例剖析与检修.北京：中国电力出版社，2